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La fisica classica definiva materia tutto ciò che possedeva una massa, allo stato solido, liquido o gassoso. Oggi, invece, la materia viene concepita come formata da atomi e particelle subatomiche elementari. Queste, secondo la fisica moderna, possiedono il duplice carattere di corpi solidi e di onde.
Il concetto di antimateria risale all'incirca al 1930 e alla famosa previsione
di Dirac, che aveva lottato per riuscire a unificare la nuova meccanica
quantistica con la teoria della relatività speciale di Einstein. Dirac voleva
sapere in che modo si comporta una particella quantistica come l'elettrone
quando si muove a una velocità prossima a quella della luce.
Dopo aver molto riflettuto, Dirac formulò una coraggiosa ipotesi. Le soluzioni « speculari », sostenne, corrispondono a particelle identiche agli elettroni, ma con proprietà invertite. Per esempio invece di avere carica negativa, le particelle speculari avrebbero dovuto essere cariche positivamente. Nel giro di un paio d'anni, i « positroni » di Dirac vennero effettivamente scoperti negli sciami di raggi cosmici. Esistono realmente. I fisici si resero finalmente conto che in natura a qualunque tipo di particella subatomica corrisponde un'antiparticella. Oltre agli antielettroni (chiamati anche positroni) ci sono gli antiprotoni, gli antineutroni e cosi via.
Per quanto ad oggi ci è dato sapere, quindi ad ogni particella
corrisponde la sua
antiparticella, di stessa massa ma carica opposta. Di conseguenza, all'elettrone
corrisponde il
positrone, al
protone l'antiprotone e così via. Un tempo, quando aveva appena un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo di vita, l'universo brulicava di particelle e anti-particelle, di elettroni e anti-elettroni, protoni e anti-protoni. La situazione era altamente instabile. Già perché le particelle di materia e le particelle di anti-materia non si tollerano a vicenda. E, appena si incontrano, si annientano a vicenda, liberando una quantità inusitata di energia sotto forma di fotoni. Materia e antimateria non possono però convivere, quando si incontrano producono un reciproco annichilimento trasformandosi in energia pari alla somma delle loro masse, per l'equivalenza di massa e energia espressa nella formula di Einstein E=mc2.
E così fecero, in
molto men che non si dica, quelle particelle primordiali. Solo che, per una
lieve increspatura nella simmetria delle leggi fisiche, ogni miliardo di
particelle di materia e di anti-materia che si annichilirono a vicenda, ne
sopravvisse una, spaiata, di materia. E così da quella cosmica ecatombe, emerse
il nostro universo. Fatto di un mare di fotoni in cui nuotano le rare
particelle di materia sopravvissute.
Prima dell'ecatombe
la temperatura cosmica era enorme. Troppo grande per consentire la formazione
di atomi di anti-materia. Gli anti-elettroni e gli anti-protoni, infatti,
schizzavano via liberi di qua e di là nell'universo e non avevano possibilità di
avvicinarsi gli uni agli altri.
Dopo l'ecatombe,
l'energia del vuoto ha continuato a creare qui e là qualche anti-particella. Ma
a nessuna, probabilmente, o a pochissime è stata data la possibilità di formare
un anti-atomo. Così quando i fisici lo hanno creato per la prima volta in
laboratorio, l'anti-atomo di anti-idrogeno rappresentò un evento unico nella
storia cosmica. O, almeno, un evento molto, molto raro.
Negli anni '90,
grazie agli acceleratori del Cern e del Fermlab, i fisici hanno imparato non
solo a «creare» anti-atomi, ma anche a radunarli insieme in discrete quantità.
Finora, però, nessuno era riuscito a «raffreddarli» abbastanza da poterne
radunare centinaia di migliaia. Nessuno finora (forse neppure la natura) era
mai riuscito a creare una piccola nube di anti-materia. L'impresa è stata
finalmente realizzata nelle scorse settimane dal gruppo di Gemma Testera, che ne
dà conto oggi con un articolo sulla rivista scientifica inglese Nature.
La novità non è da
poco. Perché quando questa inedita capacità produttiva sarà diventata una
pratica standard, i fisici potranno confinare la nube in una contenitore
magnetico ed impedirle di annichilirsi nel fatale abbraccio con la materia.
Prigioniera nella gabbia immateriale, la nube potrà essere studiata a fondo.
Due, in particolare, sono le domande che i fisici sperimentali le rivolgeranno.
L'anti-materia reagisce allo stesso modo della materia quando incontra un
fotone? E come si comporta quando è soggetta a un campo gravitazionale? Dalle risposta che i fisici otterranno sapremo se il nostro universo di materia cosmica è unico e irripetibile, o è solo una delle due copie di universo possibili emersa per caso alla lotteria cosmica. |
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