A cura di Valentina e Andrea L’ANTIMATERIA L' ANTIMATERIA A cura di Valentina e Andrea A cura di Valentina e Andrea

CHE COS’E’ L’ANTIMATERIA? Per rispondere a questa domanda è necessario effettuare un lungo “excursus” partendo dalla fisica degli anni trenta, arrivando fino ai giorni nostri . Nel 1928 il fisico Paul Dirac formulò la teoria per il moto degli elettroni, cercando di conciliare i principi della Meccanica Quantistica con quelli della Relatività Ristretta . Dopo aver analizzato i risultati dei suoi esperimenti ipotizzò che doveva esistere una particella contraria all’elettrone : L’ANTIELETTRONE. Esso aveva stessa massa ,ma carica opposta a quella che un normale elettrone possiede.

Continuazione . . . . Mentre la massa di particelle e antiparticelle è identica, altre proprietà sono caratterizzate da valori che hanno segno matematico opposto. Ad esempio l’antiprotone ha la stessa massa del protone, ma carica elettrica opposta ( mentre la carica del protone è positiva, quella dell’antiprotone è negativa ) . Anche alle particelle elettricamente neutre, come il neutrone, corrispondono antiparticelle, che possiedono proprietà, con segno cambiato, differenti dalla carica elettrica. Curiosità : quando la materia e l’antimateria s’incontrano diventano energia ! ! !

ALTRE IMPORTANTI SCOPERTE!!! Nel 1932 il fisico americano Carl David Anderson osservò nei raggi cosmici una particella che si comportava come un elettrone, ma che aveva carica positiva: aveva scoperto la prima antiparticella, l’antielettrone, chiamato anche positrone.

Passa un po’ e… Negli anni ’50 un acceleratore a Berkeley, in California, raggiunse energie sufficienti per produrre antiprotoni e antineutroni. Negli anni seguenti gli acceleratori del CERN di Ginevra e di Brookhaven negli USA permisero di produrre ed osservare l’antideutone. Poi accellerato ancora più potenti permisero di produrre ed osservare, a Serpukhov in Russia e al CERN di Ginevra, gli antinuclei antielio 3 e antitrizio.

E ancora… Recentemente antiatomi di anti-idrogeno sono stati prodotti al CERN, decelerando antiprotoni e anti elettroni tenendoli “imbottigliati” nel vuoto tramite campi magnetici. L’anti-idrogeno è più difficile da “imbottigliare” perché elettricamente neutro; la maggior parte degli anti-idrogeni raggiunge una parete cove annichila con un atomo del mezzo.

Ma da dove deriva l’antimateria??? Secondo la teoria del Big Bang l’Universo ha avuto origine circa 15 miliardi di anni fa da una grande esplosione che produsse materia ed antimateria in misura uguale.

L’antimateria all’inizio dell’Universo Si pensa che nell’Universo ci fossero particelle di materia ed antimateria in uguali proporzioni. In continuazione particelle e antiparticelle si annichilivano in radiazioni e venivano ricreate in successive collisioni delle radiazioni. Circa 10 alla -34 secondi dopo il Big Bang, avvenne una transizione alla fine della quale si creò un piccolissimo eccesso di materia sull’antimateria. Dopo questa transizione l’Universo continuava ad espandersi e la sua temperatura scendeva rapidamente. Dopo circa 10 alla meno 5 secondi la temperatura era scesa così tanto da rendere impossibile la creazione di nuove coppie particella-antiparticella.

Continuazione …. Restò solo quel numero di particelle in eccesso, che rese possibile lo sviluppo dell’attuale Universo; tutto il resto era scomparso in radiazione. Molti fisici pensano delle particelle pensano che l’asimmetria fra materia e antimateria derivi da diversità nelle proprietà fisiche. Il fisico teorico russo Andrei Sakharov postulò nel 1967 le condizioni per cui ciò potesse avvenire. Fra queste una richiedeva quella che tecnicamente è chiamata violazione di CP (Carica per Parità).

Un importante contributo italiano:l’Università di Bologna! Da quasi quarant’anni i ricercatori del Dipartimento di Fisica e della sezione INFN di Bologna studiano l’antimateria. 1965: dieci anni dopo la scoperta dell’antiprotone un gruppo di ricercatori guidati dal prof. Antonino Zichichi, utilizzando l’acceleratore PS ( Proto Sincrotone) del CERN, osservò per la prima volta un nucleo di antimateria più complesso: quello dell’antideuterio ( antiprotone + antineutrone). 1969-1974: viene sperimentato l’ADONE, un anello di accumulazione. 1978: tredici anni più tardi un gruppo di ricercatori bolognesi guidati dal prof. Giorgio Giacomelli in collaborazione con un gruppo si studiosi francesi rivelò antinuclei più complessi, ovvero antitrizio e antielio 3. 1981-1983: un gruppo di ricercatori effettuò con il rilevatore SFM una serie di misure per stabilire alcune caratteristiche fondamentali delle collisioni fra i protoni ed antiprotoni, confrontandole con quelle osservate nelle collisioni protone-protone.

Continua … 1988-2002: un gruppo di ricercatori bolognesi ha misurato la sezione d’urto delle collisioni protone-antiprotone, determinando che essa aumenta all’aumentare dell’energia nel centro di massa. Un altro gruppo di ricercatori di Bologna fa attualmente parte della grande collaborazione internazionale CDF. 1989-2000: tre gruppi di fisici dell’Università e dell’ INFN di Bologna hanno partecipato alla costruzione dei tre rivelatori DELPHI, L3 e OPAL. 1990-1996:un gruppo di fisici dell’Università di Bologna ha contribuito alla realizzazione dell’esperimento OBELIX al LEAR del CERN. Il rilevatore era in grado di rilevare tutte le particelle elettricamente cariche e neutre, derivanti dalle annichilazioni di antinucleoni con energie minori di 400 MeV su nucleoni e nuclei fermi. Nel 2004 l’esperimento AMS sarà installato nella Stazione Spaziale Internazionale ISS per una missione della durata di tre anni. L’ obbiettivo principale dell’esperimento consiste nel cercare nuclei di antielio e perfino di anticarbonio che potrebbero indicare l’esistenza nell’Universo di una zona popolata da antistelle.

E ora le domande più frequenti! Per che cosa può essere usata l’antimateria? Per molte cose, ma l’utilizzo principale è nella diagnostica medica con la Positron Emission Tomography ( PET), dove i positroni vengono usati per identificare malattie, analizzare lo stato del cervello, misurare le funzioni metaboliche e le reazioni biochimiche e sostenere le branche dell’oncologia e della cardiologia. Come si immagazzina l’antimateria? Le antiparticelle che hanno carica elettrica positiva o negativa possono essere immagazzinate nelle “trappole”. Queste hanno un’appropriata configurazione di campi elettrici e magnetici che le tengono confinate in un piccolo spazio. Ovviamente questo deve essere fatto nel vuoto per evitare collisioni con particelle di materia. Gli antiatomi sono elettricamente neutri, ma hanno proprietà tali che possono essere usate per confinarli in “bottiglie magnetiche”; la maggior parte di antiatomi però si annichila con la materia.

Altre domande ??? A cosa assomiglia l’antimateria? La materia e l’antimateria sono identiche. Guardare un oggetto significa vedere i fotoni che provengono dall’oggetto, e i fotoni provengono sia dalla materia che dall’antimateria. Se ci fosse una galassia lontana fatta di antimateria, non si potrebbe distinguerla da una di materia guardando unicamente la luce emessa. Come facciamo ad essere sicuri che non ci sia antimateria attorno a noi? Se ci fosse antimateria attorno a noi questa si dovrebbe annichilire con la materia e noi dovremmo vedere produzione di luce. Ma non la vediamo …! Comunque non si possono dare risposte certe, ma bisogna indagare attraverso importanti esperimenti come AMS e PAMELA. Come agisce il campo gravitazionale sull’antimateria? La forza gravitazionale dipende dall’energia dell’oggetto considerato, e poiché materia ed antimateria hanno entrambe energia positiva, la gravitazione agisce su di loro nello stesso modo. Questo significa che un oggetto fatto di materia e uno fatto di antimateria dovrebbero entrambi stare appoggiati sul pavimento, e non il primo stare appoggiato e il secondo volare verso il cielo.

Fine del nostro viaggio Abbiamo visto insieme quanto è meraviglioso il nostro Universo (materiale e antimateriale) e quante cose meravigliose sono ancora da scoprire!L’importante è sperimentare e aguzzare l’ingegno!!!!! Speriamo caldamente di avervi fatto apprezzare questa bellissima parte della fisica e di avervi incuriosito con l’affascinante tema dell’antimateria !!!!! ciao ciao !!!!!!!!!!!! by Valentina e Andrea

P.s.: una piccola chicca per voi!!