Come si studia l’antimateria

Introduzione: L’antimateria, nonostante le fantasie di scrittori come Dan Brown di Angeli e Demoni, e’ difficile da produrre e difficilissima da maneggiare. Allora come facciamo a studiarla?

Cose da fare: Si tratta di due video della Royal Institution. Potete accedervi cliccando sulle due immagini sopra. Ambedue i video sono presentati dalla ricercatrice di fisica della particelle Tara Shears e diretti a non esperti. Il primo video in inglese con sottotitoli in inglese e’ una breve introduzione di pochi minuti.

Il secondo video di un’ora circa ,sempre in inglese,  spiega come e’ stata scoperta l’antimateria, il mistero della sua scomparsa e come si studia.

Cosa succede: L’antimateria venne fuori inaspettata come soluzione dell’equazione che Dirac scrisse per risolvere un problema di meccanica quantistica. Quattro anni dopo venne scoperta in un banale raggio cosmico come positrone (l’antiparticella dell’elettrone).

Quando si sviluppo’ la teoria del big bang fu subito chiaro che c’era qualcosa che non quadrava : l’universo attuale era fatto quasi totalmente da materia nonostante l’universo iniziale contenesse la stessa quantita’ di materia e antimateria!

Attualmente ci sono tre modi che vengono usati per studiare questo problema.

AMS e’ un rivelatore di particelle grande come un autobus attaccato alla stazione spaziale che registra  i raggi cosmici che lo attraversano cercando di contare la proporzione tra materia e antimateria sotto forma di elettroni e positroni.

I positroni sono prodotti da protoni di alta energia che viaggiano nello spazio. Ci si aspetta che il loro numero (rispetto agli elettroni) cresca all’aumentare dell’energia.  Ma i risultati iniziali sembrano indicare un aumento troppo grande che potrebbe essere un indizio di presenza di antimateria cosmica di altro tipo.

LHCb e’ un esperimento di LHC che studia una sola reazione che coinvolge il quark b (e l’antiquark) : anche qui per misurare la proporzione tra materia e antimateria.

In particolare si studiano gli eventi in cui e’ presente il decadimento del mesone B contenente il quark (e la relativa antiparticella).

Il risultato mostra un eccesso di materia.

L’asimmetria tra materia e antimateria non e’ spiegata dal Modello Standard ma solo descritta da un certo numero di parametri calcolati ad hoc. Se questa descrizione e’ fatta bene deve funzionare per i dati di ogni nuovo esperimento. Nella figura sopra il calcolo dei parametri dai dati di LHCb e’ confrontato con quello di altri esperimenti e si vede che sono tutti d’accordo (zona di sovrapposizione al centro).

Infine ALPHA procede a catturare atomi di antidrogeno creati al deceleratore di antiprotoni del Cern e a tenerli in vita abbastanza a lungo da poter studiare le loro proprieta’. Per vedere se sono uguali o diverse a quelle dell’idrogeno.

Questi tre esperimenti sono ancora nella fase iniziale e bisognera’ aspettare anni e studiare anche altre particelle per sapere cosa ha di speciale l’antimateria per essere scomparsa dall’Universo dopo appena un minuto dal big bang.