Alla scoperta di Anti-Me, Alla scoperta di Anti-Te

“Antimateria? È una roba molto infiammabile, no? L’ho visto in ‘Angeli e demoni’ e in ‘Star Trek’…” “ “Un qualche carburante per navi spaziali… usano reattori materia-antimateria, no?” “Ho letto che potrebbe essere il carburante del futuro“ “OK allora. Diccelo- che cos’è l’antimateria” “…e dove posso prenderne un po’?”

Dal film “Angeli & Demoni” (2009) * *Nella lezione “Operazione: Annichilimento!” vedremo la clip in maggiore dettaglio. Qui ora è solo un antipasto. Per vedere il video, click sulla figura:

L’idea dell’antimateria ha circolato nella cultura popolare molto prima dell’uscita del film “Angeli e Demoni” ( o del romanzo di Dan Brown del 2000 su cui il film è basato). Ecco alcuni esempi dalla serie televisiva “Star Trek”:

Da Star Trek (Serie originale) Stagione 3 episodio “Quello che sopravvive” (1969 ) Spock: Se mi ricordo il percorso del nostro flusso di carburante, c’è un corridoio di accesso che conduce alla camera di reazione materia-antimateria. Scotty:Già, c’è un condotto di servizio, ma non può essere usato mentre l’integratore funziona. Spock: Però c’è e forse possiamo chiudere il flusso del carburante in quel punto. Scotty:Con cosa? A mani nude? Spock: Una sonda magnetica. Scotty:La materia che entra in contatto con l’antimateria fa scattare l’esplosione. E io non sono neanche sicuro che si possa vivere In un condotto immerso nel flusso del campo magnetico che imbottiglia l’antimateria! Spock: Voglio provarci. Scotty:Morirai! Spock: Se non troviamo rapidamente una soluzione, questa è la sorte che ci aspetta tutti. Star Trek © Paramount Pictures

Da Star Trek (Serie originale) Stagione 1 episodio “Il fattore alternativo” (1967) Kirk:Non ti seguo. Spock: Immagina questo: due universi paralleli, uno positivo e l’altro negativo.. O più precisamente, uno di materia, l’altro di antimateria. Kirk: Ti rendi conto di quello che dici? Materia e antimateria hanno la tendenza a distruggersi a vicenda —violentemente. Spock: Precisamente. A certe condizioni— quando due particelle identiche di materia e antimateria si incontrano.Annichilimento, Jim. Totale, completo, assoluto annichilimento. Star Trek © Paramount Pictures

Da Star Trek (La nuova generazione) Stagione 1 episodio “Coming of Age” (1988) Voce del Computer: L’ultima domanda del test sulla fisica dell’iperspazio: “Se i serbatoi di materia e antimateria di una astronave classe galaxy sono vuoti al 90%, calcola il rapporto di mescolamento necessario per raggiungere una base stellare lontana 100 anni luce con fattore di deformazione 8”. Comincia. Star Trek © Paramount Pictures

Bene, questo è quanto i film e la televisione ci hanno detto sull’antimateria. Ma qual è la realtà?

elettroneneutrinoquark upquark down Solo QUATTRO particelle formano tutta la materia visibile dell’ Universo * … *Per un breve tutorial sulle particelle fondamentali, guarda “Cosa sono gli Indivisibili?” nei Materiali di Background :

Però, l’Universo ha ancora altre particelle nella manica. Per prima cosa, ogni particella di materia ha un gemello. No, non un cattivo gemello… elettroneneutrinoquark upquark down

elettroneneutrinoquark upquark down …un gemello di ANTIMATERIA. positroneanti-neutrino anti-up quark anti-down quark Si usa di solito una barra sopra il simbolo di una antiparticella per distinguerla dal gemello di materia (l’eccezione è il positrone, dove si usa un ‘+’ invece del ‘  ’ dell’elettrone).

elettroneneutrinoquark upquark down L’antimateria non è roba da fantascienza. Essa esiste. E’ roba (o piuttosto anti-roba) di vera scienza. positroneanti-neutrino anti-up quark anti-down quark Si usa di solito una barra sopra il simbolo di una antiparticella per distinguerla dal gemello di materia (l’eccezione è il positrone, dove si usa un ‘+’ invece del ‘  ’ dell’elettrone).

C’è una differenza ovvia ed essenziale: −1+1 Materia, Antimateria: Qual è la differenza? Se vuoi informazioni sulla carica elettrica che riguardano questa lezione, guarda “Lo caricherai?” nei Materiali di Background: Una particella di materia che ha CARICA ELETTRICA ha una antiparticella gemella con carica esattamente opposta.

C’è una differenza ovvia ed essenziale: Una particella di materia che ha CARICA ELETTRICA ha una antiparticella gemella con carica esattamente opposta. Per esempio, dato che l’elettrone ha una carica di  1. −1+1 Positrone Carica:  1 Materia, Antimateria: Qual è la differenza? Elettrone Carica:  1

Ricorda che protoni e neutroni sono fatti di particolari combinazioni di quark up e down, e che questi quark hanno carica frazionaria…

Composto di: 2 quark up e 1 quark down Carica totale: ⅔ + ⅔ − ⅓ = +1 PROTONE (p) +⅔ ⅓⅓

Composto di: 1 quark up e 2 quark down Carica totale: ⅔ − ⅓ − ⅓ = 0 +⅔ ⅓⅓ ⅓⅓ NEUTRONE (n)

Analogamente, antiprotoni e antineutroni sono fatti di particolari combinazioni di quark anti-up e anti-down. Di nuovo, i quark anti-up e anti-down hanno carica opposta ai loro gemelli di materia…

Composto di: 2 quark anti-up e 1 quark anti-down Carica totale: -⅔ − ⅔ + ⅓ = −1 ANTIPROTONE (p): - ⅔⅔ ⅔⅔ +⅓

Composto di: 1 quark anti-up e 2 quark anti-down Carica totale: -⅔ + ⅓ + ⅓ = 0 Nota che anche gli antineutroni hanno carica zero. Se una particella non ha carica, allora anche la sua antiparticella non ha carica. ANTINEUTRONE (n): - ⅔⅔ +⅓

In un campo magnetico, una particella carica sarà deflessa della stessa quantità della sua antiparticella MA nella direzione opposta: Per esempio….

N S Deflessione di un ELETTRONE in un campo magnetico Direzione del campo magnetico

N S Deflessione di un POSITRONE in un campo magnetico Direzione del campo magnetico

In cosa sono simili la Materia e l’Antimateria? Per quanto si sa, particelle e antiparticelle hanno masse IDENTICHE. (Il fatto che una particella e la sua antiparticella siano deflesse della stessa quantità in un campo magnetico, ci dice che la massa di una particella e della sua antiparticella sono identiche).

Per esempio… massa protone = massa antiprotone

Noi CREDIAMO anche, benchè debba ancora essere PROVATO sperimentalmente, che l’antimateria si comporti ALLO STESSO MODO della materia sotto l’influenza della GRAVITA’.

Materia Anti- materia Anti- materia Per esempio, se si fosse capaci di far cadere una certa quantità di materia e antimateria in un campo gravitazionale, crediamo che esse accelererebbero esattamente allo stesso modo.

Per esempio, se si fosse capaci di far cadere una certa quantità di materia e antimateria in un campo gravitazionale, crediamo che esse accelererebbero esattamente allo stesso modo. Materia Anti- materia Anti- materia

In aggiunta alle antiparticelle fondamentali, sono possibili interi anti-atomi. In effetti, gli uomini ne hanno già fabbricato uno: ANTI-IDROGENO

Buon vecchio IDROGENO. E’ il più semplice atomo conosciuto. E’ composto di 1 protone e 1 elettrone.

Idrogeno (H) Rappresentiamo un atomo di idrogeno come un elettrone orbitante attorno al nucleo, un protone.

Rappresentiamo un atomo di idrogeno come un elettrone orbitante attorno al nucleo, un protone. MA RICORDA — questo NON è un disegno accurato! (Fra l’altro, in una giusta scala, l’elettrone avrebbe dovuto essere disegnato a circa 1 kilometro dal protone). Idrogeno (H)

- Anti- Idrogeno (H) Rappresentiamo un atomo di idrogeno come un elettrone orbitante attorno al nucleo, un protone. MA RICORDA — questo NON è un disegno accurato! (Fra l’altro, in una giusta scala, l’elettrone avrebbe dovuto essere disegnato a circa 1 kilometro dal protone). Rappresentiamo ora un atomo di anti-idrogeno come un positrone orbitante attorno al nucleo, un antiprotone. (Valgono le stesse avvertenze!)

Al CERN, nel 1995, furono creati i primissimi atomi di ANTI-IDROGENO. Da una produzione iniziale nel 1995 di appena pochi atomi in 3 settimane, ne sono stati prodotti alcuni milioni su base mondiale negli anni seguenti. * Benchè questo possa sembrare impressionante, ricorda che occorrono circa 600,000,000,000,000,000,000,000 atomi di anti-idrogeno per fare appena un grammo. Antihydrogen Atoms Made At Cern * Guarda questi link per saperne di più:

Quanto possiamo andare avanti? Potremmo avere altri anti-atomi? Per esempio anticarbonio, antiazoto, antiossigeno? E l’intera Anti-Tavola Periodica?

DAL PUNTO DI VISTA TEORICO, COMBINAZIONI DI POSITRONI, ANTIPROTONI E ANTINEUTRONI POTREBBERO GENERARE L’ANTI-VERSIONE DI TUTTI GLI ELEMENTI DELLA TAVOLA PERIODICA.

Prevediamo anche che la CHIMICA DELL’ANTIMATERIA sia identica alla buona vecchia CHIMICA DELLA MATERIA

Benchè ciò possa irritare il tuo insegnante di chimica, la chimica è fondamentalmente lo studio di ciò che accade quando gruppi di atomi stanno insieme. Quando due atomi di idrogeno si avvicinano, i loro nuclei si respingono (perché?). La repulsione è superata perché l’elettrone di un atomo attrae il protone dell’altro atomo. La migliore configurazione si ha quando gli atomi sono legati assieme. Allora si ha una molecola di idrogeno.

COME ESERCIZIO, RIPETI LA FORMAZIONE DI UNA MOLECOLA DI IDROGENO, STAVOLTA USANDO SOLO ATOMI DI ANTI-IDROGENO. CI SAREBBE QUALCHE DIFFERENZA DAL PUNTO DI VISTA DELLE FORZE DI ATTRAZIONE E REPULSIONE? SI POTREBBE FORMARE UNA MOLECOLA DI ANTI-IDROGENO? (Per quanto riguarda le forze di attrazione e repulsione, c’è una completa simmetria tra i due casi. Così, POTREBBE essere formata una molecola di anti-idrogeno)

Possiamo andare avanti? Se molecole di anti-idrogeno sono una possibilità teorica, E la chimica dell’antimateria è identica a quella della materia… allora cosa dire riguardo a molecole SEMPRE PIU’ GRANDI? COME PICCOLO ESPERIMENTO MENTALE, MANTIENI QUESTA LINEA DI PENSIERO QUANTO PIU’ PUOI… A COSA ARRIVI?

E riguardo a un Anti-Te? A cosa assomiglierebbe il tuo Anti-Te? Prendiamo Te Insert your photo here e, cambiate le cariche di tutte le tue particelle (elettroni in positroni, protoni in antiprotoni e neutroni in antineutroni), le forze risultanti sarebbero le stesse. Queste forze danno la tua struttura—e quindi, la tua apparenza.

Cosi, l’Anti-Te sarebbe esattamente uguale a Te. Insert your photo here AGAIN Insert your photo here AGAIN e, cambiate le cariche di tutte le tue particelle (elettroni in positroni, protoni in antiprotoni e neutroni in antineutroni), le forze risultanti sarebbero le stesse. Comunque, se Tu e l’Anti-Tu doveste incontrarvi…

Cosi, l’Anti-Te sarebbe esattamente uguale a Te. Comunque, se Tu e l’Anti-Tu doveste incontrarvi… Per capire cosa accadrebbe in questo incontro, vai alla lezione “Operazione: Annichilimento!”. Insert your photo here AGAIN Insert your photo here AGAIN

Una Nota Finale: Talvolta vedrai un anti-oggetto rappresentato come una immagine speculare e negativa dell’oggetto originale. Per esempio: BANANA ANTI-BANANA Nella Estensione “Attraverso lo specchio”, vedremo perchè l’antimateria può essere pensata come una immagine speculare e negativa della materia. Ma si dovrebbe capire che un blocco di antimateria sembrerebbe identico al blocco di materia. Una rappresentazione come quella sopra è semplicemente un effetto speciale!