Dannazione Jim, Sono un DOTTORE, non un FISICO DELLE PARTICELLE!! Dannazione Jim, Sono un DOTTORE, non un FISICO DELLE PARTICELLE!! LA PROSSIMA GENERAZIONE

LA MATERIA DOMINA NEL NOSTRO UNIVERSO. ESSA VINSE SULL’ANTIMATERIA MOLTO TEMPO FA.

L’immagine mostra la rilevazione dei prodotti formati in un evento reale di annichilamento di ant-idrogeno (nell’esperimento ATHENA del CERN ). L’antiprotone annichila producendo 4 pioni carichi (in giallo), e il positrone produce 2 fotoni gamma (in rosso).

DATO TUTTO QUESTO, RISPONDI A QUESTA DOMANDA: CONOSCI QUALCUNO CHE SIA MAI STATO ESPOSTO ALL’ANTIMATERIA? PENSACI UN MOMENTO…

BENE, C’E’ LA POSSIBILITA’ CHE TU CONOSCA QUALCUNO CHE SIA STATO ESPOSTO ALL’ANTIMATERIA. MA DOVE? QUANDO? COME? CHE TIPO DI ANTIMATERIA? HAI MAI SENTITO PARLARE DI SCANSIONE PET ?

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NO. IN QUESTO CASO, “PET” NON HA NIENTE A CHE FARE CON L’ANIMALE DI CASA…

LA SCANSIONE PET E’ UNA TECNICA MEDICA CHE PERMETTE LO STUDIO E LA VISUALIZZAZIONE DI PROCESSI CHE AVVENGONO DENTRO IL CORPO — E USA, PER FAR QUESTO, L’ANNICHILIMENTO DI MATERIA CON ANTI MATERIA.

“PET” NELLA “SCANSIONE PET” E’ UNA ABBREVIAZIONE DI…

LA CAPACITA’ DI UN POSITRONE DI ANNICHILIRE COMPLETAMENTE UN ELETTRONE, E LA PRODUZIONE DI DUE FOTONI GAMMA NEL PROCESSO, E’ IL PRINCIPIO SCIENTIFICO SU CUI E’ BASATA LA SCANSIONE PET. MA DATA LA SCARSITA’ DI ANTIMATERIA IN NATURA, DA DOVE VENGONO QUESTI POSITRONI? COME ABBIAMO VISTO NELLE PRECEDENTI LEZIONI, L’ANTIMATERIA DEVE ESSERE CREATA. E’ VERO ANCHE IN QUESTO CASO, MA STAVOLTA OTTENIAMO I POSITRONI INDIRETTAMENTE, CREANDO DAPPRIMA QUALCOSA CHE LI PUO’ GENERARE PER NOI… …NUCLEI RADIOATTIVI

NUCLEI RADIOATTIVI, EH? DAI, RACCONTA.

(o in breve N-14, dove14 è il numero dei protoni + il numero dei neutroni) N-14 Questo è un nucleo di azoto (l’hai visto nella lezione sui raggi cosmici). Questo nucleo contiene 7 protoni e 7 neutroni ed è chiamato Azoto-14.

N-14 I 7 protoni e i 7 neutroni formano un nucleo molto stabile. Ma, se rimuoviamo uno dei neutroni (per esempio, colpendo il nucleo con un’altra particella)…

I 7 protoni e i 7 neutroni formano un nucleo molto stabile. Ma, se rimuoviamo uno dei neutroni (per esempio, colpendo il nucleo con un’altra particella)…

I 7 protoni e i 7 neutroni formano un nucleo molto stabile. Ma, se rimuoviamo uno dei neutroni (per esempio, colpendo il nucleo con un’altra particella)… …il nucleo perde la sua stabilità.

✗

Il nucleo che rimane contiene 7 protoni e 6 neutroni e si chiama Azoto-13. Questo nucleo è instabile, il che significa che non rimane così per molto tempo. N-13

Per diventare di nuovo stabile, uno dei suoi protoni si trasforma in un neutrone… …per esempio, questo…

Per diventare di nuovo stabile, uno dei suoi protoni si trasforma in un neutrone… …per esempio, questo…

…e il peso dell’instabilità di N-13 è portato via da un positrone ed un neutrino, che sono emessi dal nucleo.

Ora, come chiamiamo il nucleo restante?

C-13 Abbiamo ora un nucleo contenente 6 protoni e 7 neutroni. Si chiama Carbonio-13 (o C-13), ed è STABILE.

I nuclei instabili possono diventare stabili emettendo energia sotto forma di particelle. Così essi sono detti “radioattivi” a causa delle emissioni. L’Azoto-13 è detto un emettitore di positroni perchè tratta la sua instabilità emettendo un positrone (e un neutrino).

Diciamo che Azoto-13 decade in Carbonio-13, emettendo un positrone e un neutrino: Azoto-13Carbonio-13 positroneneutrino + + O, semplicemente… N-13C-13 ++e+e+ ν

+ + Possiamo anche dire che un protone, confinato in un nucleo di N-13, decade in un neutrone, un positrone e un neutrino: pn++e+e+ ν

O, in termini delle sole particelle FONDAMENTALI coinvolte: ++ quark up ++e+e+ ν quark down

ECCO ALTRI NUCLEI INSTABILI (RADIOATTIVI) CHE DIVENTANO STABILI EMETTENDO POSITRONI AND NEUTRINI: CARBONIO-11(C-11) OSSIGENO-15(O-15) FLUORO-18 (F-18) SODIO-22 (Na-22) COME ESERCIZIO, DETERMINA IL NUMERO DI PROTONI E NEUTRONI NEL NUCLEO RIMANENTE QUANDO UNO DI QUESTI EMETTITORI DI POSITRONI DECADE. DAI I NOMI DEI NUCLEI RIMANENTI.

PER PREPARARE IL PAZIENTE PER UNA PET, I NUCLEI RADIOATTIVI COME QUELLI APPENA DETTI SONO INCORPORATI IN UNA MOLECOLA USATA DALL’ORGANISMO (COME UNO ZUCCHERO) QUESTO VIENE QUINDI INIETTATO NEL PAZIENTE CHE RICEVERA’ LA PET.

PER PREPARARE IL PAZIENTE PER UNA PET, I NUCLEI RADIOATTIVI COME QUELLI APPENA DETTI SONO INCORPORATI IN UNA MOLECOLA USATA DALL’ORGANISMO (COME UNO ZUCCHERO) QUESTO VIENE QUINDI INIETTATO NEL PAZIENTE CHE RICEVERA’ LA PET.

LA MOLECOLA E’ ASSORBITA NEL CORPO E LOCALIZZERA’ L’AREA CHE IL DOTTORE E’ INTERESSATO A VEDERE. PER PREPARARE IL PAZIENTE PER UNA PET, I NUCLEI RADIOATTIVI COME QUELLI APPENA DETTI SONO INCORPORATI IN UNA MOLECOLA USATA DALL’ORGANISMO (COME UNO ZUCCHERO) QUESTO VIENE QUINDI INIETTATO NEL PAZIENTE CHE RICEVERA’ LA PET.

HAI IMPARATO NELLA LEZIONE “OPERAZIONE: ANNICHILAMENTO!” CHE QUANDO UN POSITRONE INCONTRA UN ELETTRONE, L’ANNICHILAMENTO RISULTANTE PRODUCE 2 FOTONI GAMMA :

HAI IMPARATO NELLA LEZIONE “OPERAZIONE: ANNICHILAMENTO!” CHE QUANDO UN POSITRONE INCONTRA UN ELETTRONE, L’ANNICHILAMENTO RISULTANTE PRODUCE 2 FOTONI GAMMA :

HAI IMPARATO NELLA LEZIONE “OPERAZIONE: ANNICHILAMENTO!” CHE QUANDO UN POSITRONE INCONTRA UN ELETTRONE, L’ANNICHILAMENTO RISULTANTE PRODUCE 2 FOTONI GAMMA :

ANNICHILIMENTO HAI IMPARATO NELLA LEZIONE “OPERAZIONE: ANNICHILIMENTO!” CHE QUANDO UN POSITRONE INCONTRA UN ELETTRONE, L’ANNICHILAMENTO RISULTANTE PRODUCE 2 FOTONI GAMMA :

UN POSITRONE NON DEVE VIAGGIARE MOLTO LONTANO NEL CORPO PRIMA DI INCONTRARE UN ELETTRONE.

n n p emettitore di positroni p p p n p n e-e- percorso del positrone e+e+ n Rilevatore fotoni γ emessi a ≈ 180 o UN POSITRONE NON DEVE VIAGGIARE MOLTO LONTANO NEL CORPO PRIMA DI INCONTRARE UN ELETTRONE. QUANDO CIO’ ACCADE, ESSI ANNICHILISCONO E I FOTONI PRODOTTI VENGONO RILEVATI. Images courtesy of Manjit Dosanjh, CERN

DOPO IL RILEVAMENTO DEI FOTONI GAMMA, UN COMPUTER SPECIALE (UNITA’ DI ANALISI DI COINCIDENZA) COSTRUISCE UNA IMMAGINE BASATA SUL TEMPO IMPIEGATO DA CIASCUN FOTONE AD ARRIVARE AL RILEVATORE. Images courtesy of Manjit Dosanjh, CERN

LA SCANSIONE PET E’ L’UNICA TECNOLOGIA NON-INVASIVA CHE PUO’ MISURARE QUANTITATIVAMENTE L’ATTIVITA’ METABOLICA, BIOCHIMICA E FUNZIONALE NEL TESSUTO VIVENTE. PUO’ ESSERE USATA PER SCOPRIRE CANCRO, DISORDINI CEREBRALI (COME ALZHEIMER E PARKINSON), E MALATTIE CARDIACHE (COME DANNI ALLE ARTERIE CORONARIE). LE IDEE ALLA BASE DELL’USO DI ANNICHILIMENTO DI MATERIA CON ANTIMATERIA COME TECNICA MEDICA FURONO SVILUPPATE PER LA PRIMA VOLTA AL CERN NEGLI ANNI 70. LA SCANSIONE PET RAPPRESENTA COSI’ UN’APPLICAZIONE PRATICA E BENEFICA DELLA RICERCA SCIENTIFICA PURA. COME ESERCIZIO O PROGETTO, USA I TUOI LIBRI O INTERNET PER TROVARE PIU’ INFORMAZIONI SULLA PET. ECCO ALCUNE DOMANDE CHE PUOI PRENDERE IN CONSIDERAZIONE NELLA TUA RICERCA (SEI INCORAGGIATO A FARTENE ANCHE DI TUE): QUALI SONO ALTRE TECNICHE PER OTTENERE IMMAGINI MEDICHE? COME DIFFERISCONO DALLA PET? QUALI SONO GLI EFFETTIVI COSTI ECONOMICI DI UNA PET? CHI E COME TRAE VANTAGGIO DA QUESTA TECNOLOGIA?

E ORA UNA NOTA FINALE: E’ IN CORSO ORA AL CERN LA RICERCA DELLA POSSIBILITA’ DI USARE L’ANTIMATERIA NON COME TECNICA DI IMMAGINE, MA COME METODO DI TRATTAMENTO DEL CANCRO. BENCHE’ LE IDEE COINVOLTE VADANO OLTRE LO SCOPO DI QUESTA LEZIONE, GUARDA IL SEGUENTE LINK SE SEI INTERESSATO A SAPERNE DI PIU’:

OK, Eric. Stiamo per annichilire alcuni elettroni del tuo cervello con l’antimateria. Cosa???

Non ti farà male per niente. Cosa???

E’ quello che avevi detto anche della puntura dell’ago! Non ti farà male per niente.