La Materia è fatta di atomi. “Atomo” è il nome di un oggetto inconoscibile che la Fisica descrive tramite un “modello”.
Senza entrare in inutili dettagli, il modello più semplice descrive l’atomo come un oggetto costituito da un nucleo centrale attorno al quale ruotano particelle molto più piccole chiamate elettroni. Gli elettroni hanno carica elettrica negativa.
Sempre secondo questo modello, Il nucleo dell’atomo è costituito da un grappolo di particelle strettamente impacchettate di due diverse specie: i protoni, dotati di carica elettrica positiva ed i neutroni privi di carica.
Nel 1928 il fisico inglese Paul Dirac si imbattè in questo problema: nello scrivere una equazione che introduceva i principi della Teoria della Relatività ristretta nella precedente equazione di Schrodinger (che descriveva i principi della Meccanica Quantistica), vide che questa prevedeva la necessità dell’esistenza di un elettrone dotato di carica elettrica positiva.
Da questa osservazione egli formulò l’ipotesi che, per ogni particella, dovesse esistere un’antiparticella di massa uguale, ma di carica elettrica opposta.
In effetti, nel 1932, il fisico americano Carl David Anderson individuò nei raggi cosmici una particella che aveva la massa dell’elettrone, ma carica elettrica positiva. Questa fu la prova che esisteva l’antiparticella dell’elettrone alla quale fu dato il nome di “positrone”.
Nel 1955 i fisici Emilio Segrè ed Owen Chamberlain, tramite il potente acceleratore di particelle di Berkeley in California, scoprirono l’antiprotone: una particella di massa uguale a quella del protone, ma di carica negativa.
Il discorso per il neutrone è un po’ più complesso: il neutrone non ha carica elettrica, per cui quali dovrebbero essere le caratteristiche dell’antineutrone?
Dobbiamo fare un passo indietro: l’elettrone è una particella elementare, cioè non è costituito da altre particelle: è 1837 volte più piccolo di un neutrone e 1836 volte più piccolo di un protone che, come si vede hanno massa quasi uguale.
Protoni e neutroni sono invece costituiti da quark, che hanno carica elettrica frazionaria.
L’antineutrone è dunque una particella che ha la massa uguale al neutrone, ma è costituita da antiquark.
Nel 1956, sempre mediante l’acceleratore di particelle di Berkeley, il fisico Bruce Cork individuò per la prima volta gli antineutroni.
A questo punto possiamo molto facilmente definire il concetto di “Antimateria”: è una sostanza costituita da atomi formati da antiparticelle. Il nucleo di questi atomi è formato da antiprotoni ed antineutroni ed attorno ad esso ruotano gli antielettroni.
Nella seconda metà del secolo scorso sono stati individuati i primi atomi di antimateria, sopratutto tramite l’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra, ma anche presso l’acceleratore di Serpochov in Russia.
Gli esperimenti stanno proseguendo anche nel nostro secolo ed il miglior risultato finora ottenuto (2011) è stata la creazione di 300 atomi di anti-idrogeno. Quest’ultimo esperimento è stato realizzato presso il CERN di Ginevra e si è riusciti a far “vivere” questa minima porzione di antimateria per ben 16 minuti.
A questo proposito si noti che, quando materia ed antimateria si incontrano, esse si annichilano producendo energia. Questo rende molto complesso far “vivere” a lungo anche piccolissime quantità di antimateria.
Attualmente le piccole quantità di antimateria prodotta vengono immagazzinate nel vuoto in speciali “trappole” costituite da potenti campi elettrici e magnetici, in modo da evitare il contatto con la materia.
Restano per ora insolute alcune domande fondamentali: perchè il nostro Universo è fatto di materia e non di antimateria? In alternativa, esistono forse galassie fatte di antimateria, abbastanza isolate, da non annichilarsi con le galassie fatte di materia? O ancora, esistono altri Universi fatti di antimateria?
Attualmente sono in corso numerosi progetti scientifici per la ricerca di antimateria nel nostro Universo.
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