Antimateria

Da Ufopedia.

Versione delle 14:15, 15 lug 2010

L'antimateria è un agglomerato di antiparticelle corrispondenti alle particelle che costituiscono le materie ordinarie. Ad esempio, un atomo di antidrogeno è composto da un antiprotone caricato negativamente, attorno al quale orbita un positrone (antielettrone) caricato positivamente. Se particella ed antiparticella vengono a contatto, le due si annichiliscono emettendo radiazione elettromagnetica.

Storia

La prima ipotesi dell'esistenza dell'Antimateria fu ad opera del fisico Paul Dirac nel 1930 che per primo pensò al positrone come antiparticella dell'elettrone. Nel 1932 Carl David Anderson ne diede la conferma sperimentale dell'esistenza.

Nel 1959 i fisici Emilio Segrè e Owen Chamberlain scoprirono l'antiprotone (grazie a questa scoperta ricevettero il premio Nobel).

Nel 1965 al CERN di Ginevra con l'acceleratore di particelle PS (protosincrotone) il gruppo di ricerca condotto dal fisico italiano Antonino Zichichi scopre il primo nucleo di antimateria, e cioè un nucleo di antideuterio contemporaneamente a un gruppo del Laboratorio Nazionale di Brookhaven a New York con l'AGS (Alternating Gradient Synchroton).

Nel 1978 ricercatori italiani e francesi guidati da Giorgio Giacomelli scoprirono nuclei di antitrizio (un antiprotone e due antineutroni )e di antielio 3 (due antiprotoni e un antineutrone). Con l'acceleratore di Serpukhov scienziati russi ottennero analoghi risultati. ^[1]

Gli scienziati sono riusciti, nel 1995, a produrre antiatomi di idrogeno, ed anche nuclei di antideuterio.

Nel 1997 al CERN ricercatori svizzeri, italiani, inglesi, danesi, giapponesi e brasiliani sotto il progetto ATHENA (ApparaTus for High precision Experiments with Neutral Antimatter, in italiano apparato per esperimenti di alta precisione con antimateria neutrale), crearono i primi atomi di antidrogeno. Circa 50.000 atomi. ^[2] La stessa collaborazione riuscì a sintetizzare il protonio, un atomo instabile composto da un protone e da un antiprotone

Sperimentazioni future

Nel futuro nella Stazione Spaziale Internazionale (ISS) si effettueranno esperimenti per produrre nuclei di antielio e anticarbonio.

Applicazioni dell'antimateria

Sebbene utilizzata principalmente per studiare le interazioni tra particelle elementari, l'antimateria ha anche un'applicazione tecnologica: la tomografia ad emissione di positroni, o PET, uno strumento di diagnostica medica che utilizza l'emissione di positroni per realizzare immagini ad alta risoluzione degli organi interni dei pazienti.

Differenze tra materia ed antimateria

Le particelle e le antiparticelle vengono descritte da un unico oggetto matematico, cioè un campo quantizzato. L'unione tra relatività ristretta e meccanica quantistica porta necessariamente alla distinzione di componenti ad energia positiva e negativa per il campo. Una volta quantizzato il campo (le tecniche per procedere alla quantizzazione vanno sotto il nome generico di seconda quantizzazione) l'energia e la quantità di moto dei campi è data, rispettivamente, dalla somma delle energie, o delle quantità di moto, delle particelle e delle particelle del sistema, nel modo seguente:

dove abbiamo indicato con <math>\mathcal{E}</math> l'energia del campo, con <math>\vec P</math> il suo impulso e con <math>\hat N_a (\vec p)</math> ed <math>\hat N_b (\vec p)</math>, rispettivamente, gli operatori che forniscono il numero di particelle e antiparticelle con impulso <math>\vec p</math>. Analogamente la carica del campo è proporzionale alla differenza degli operatori numero: se una particella ha una certa carica, la sua antiparticella ha la carica di segno opposto. Per esempio, i leptoni carichi (elettroni, muoni e tau) hanno una carica negativa pari a -e, mentre le loro antiparticelle (positroni, antimuoni e antitau) hanno carica +e.

Come si vede, matematicamente non c'è alcuna differenza tra particelle e antiparticelle, a parte il segno della carica, che è però convenzionale, quindi un universo costituito di antiprotoni, antineutroni e positroni sarebbe comunque stabile. Uno dei problemi irrisolti della cosmologia è giustificare il fatto che l'universo sia composto per la maggior parte di particelle: naturalmente il nome "particella" e "antiparticella" è puramente convenzionale, quindi in realtà la domanda si formula meglio chiedendo il motivo per cui sono presenti decisamente più particelle "di un tipo" piuttosto che "dell'altro".

Annichilimento e Big Bang

L'antimateria ha vita breve e non può essere immagazzinata, in quanto si annichilisce al primo contatto con la materia. In base alle attuali conoscenze, non esistono quantità significative di antimateria in tutto l'universo, con l'eccezione di pochi atomi generati nei laboratori di fisica delle particelle presenti sul nostro pianeta, e nei processi astronomici più energetici. L'assenza di antimateria è uno dei grandi misteri della teoria del Big Bang, in quanto ci si aspetterebbe una produzione di materia e antimateria in proporzioni uguali e un conseguente annichilimento. Probabilmente, un leggero squilibrio in favore della materia ha fatto sì che quest'ultima non venisse completamente annichilita, rendendo possibile la formazione di un universo stabile, che è quello in cui viviamo. Il 10 settembre 2008 è stato acceso il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra, con il quale verranno fatti esperimenti proprio per ottenere questo genere di risposte

Antimateria come fonte di energia

Se una parte di antimateria si annichilisce a contatto con della materia ordinaria, tutta la massa delle particelle ed antiparticelle annichilite viene convertita in energia. Questo processo permetterebbe di ottenere enormi quantità di energia da quantità molto piccole di materia ed antimateria, al contrario di quanto avviene invece per le reazioni nucleari e chimiche, dove a parità di massa di combustibili utilizzati viene prodotta una quantità di energia molto più piccola. La reazione di 1 kg di antimateria, con 1 kg di materia produce 1,8×10¹⁷ J di energia (in base all'equazione E=mc²). Per contro, bruciare 1 kg di petrolio fornisce 4,2×10⁷ J, mentre dalla fusione nucleare di 1 kg di idrogeno si otterrebbero 2,6×10¹⁵ J. In altre parole, l'annichilazione della materia con l'antimateria produce circa 70 volte l'energia prodotta dalla fusione nucleare dell'idrogeno in elio e quattro miliardi di volte l'energia prodotta dalla combustione del petrolio.

Data la scarsità dell'antimateria in natura, l'antimateria non è una valida fonte di energia. Generare un singolo atomo di antimateria è immensamente difficile e dispendioso. Sono necessari acceleratori di particelle ed enormi quantitativi di energia, enormemente superiori a quella rilasciata dopo l'annichilazione con la materia ordinaria, rendendo di fatto l'impresa poco conveniente. A meno che non vengano scoperte fonti naturali di antimateria o non si trovi un processo efficiente di produzione della stessa e per la sua conservazione per tempi lunghi, evitando che si annichilisca con la materia che ne costituirebbe il serbatoio, il suo possibile sfruttamento rimarrà più che altro una mera curiosità scientifica.

A livello teorico, dato che l'energia prodotta dall'annichilimento materia/antimateria è nettamente superiore a quella prodotta da altri sistemi propulsivi, il rapporto tra peso del carburante e spinta prodotta sarebbe estremamente vantaggioso. L'energia ottenibile dalla reazione di pochi grammi di antimateria con altrettanti di materia sarebbe sufficiente a portare una piccola navicella spaziale sulla Luna.

Voci correlate

• Antiparticella
• Antiatomo
• Annichilazione
• AMS
• Acceleratore di particelle
• Anti-idrogeno

Collegamenti esterni

• La vera storia dell'antimateria: dall'origine del Cosmo ai più recenti esperimenti
• Tutto quello che vorresti sapere sull'antimateria

Note

1. ↑ Antimateria all'Universita' di Bologna
2. ↑ L'antimateria è una realtà - swissinfo