L‘antimateria sta diventando sempre più oggetto di studi, talvolta ostacolati dalla sua natura misteriosa e “violenta”. Negli ultimi anni si sono fatte varie scoperte ed alcuni scienziati sono riusciti a costruire un vero atomo di antimateria. Che cosa hanno scoperto?
Alcuni fisici hanno effettuato delle prime misurazioni sulle proprietà dell’anti-idrogeno, un atomo costituito da un antiprotone e un positrone. Le osservazioni hanno indicato una corrispondenza a quelle di un normale atomo di idrogeno. Alcune teorie avevano previsto tali risultati e purtroppo questo continua a mantenere varie incognite sui misteri dell’antimateria. Con risultati diversi infatti alcune domande avrebbero potuto aver risposta. Sotto diversi aspetti l’antimateria è identificabile come un’immagine speculare della materia, con la stessa massa ma con cariche elettriche opposte e alcuni altri aspetti fondamentali, una caratteristica nota come simmetria. L’antimateria prodotta negli acceleratori di particelle e dai raggi cosmici è stata oggetto di numerosi studi. Ma poiché una particella di antimateria si annichilisce quando si incontra con la materia, possiede una vita molto breve e quindi le misurazioni di come diverse particelle di antimateria interagiscono tra loro sono state molto scarse.
Antimateria: molti interrogativi
Il dottor Jeffrey Hangst dell’Università di Aarhus e colleghi hanno iniziato a occuparsene, osservando le radiazioni rilasciate quando un positrone dell’anti-idrogeno cambiava i propri livelli di energia. Su Nature hanno riportato che i livelli di energia erano entro il 2% di quelli dell’idrogeno, quindi con una piccola discrepanza. Le misurazioni includono ciò che è noto come spostamento di Lamb (Lamb shift), una differenza nei livelli di energia di due stati di elettroni eccitati, che una volta ci si aspettava fossero identici. La scoperta dello spostamento di Lamb nel 1947 ispirò lo sviluppo dell’elettrodinamica quantistica.
Una delle cose più difficili da spiegare dell’universo è perché c’è così tanta materia e così poca antimateria. I modelli del Big Bang suggeriscono che avrebbero dovuto essere create in misura uguale, tralasciando l’ovvia domanda su dove fosse andata l’antimateria. I fisici ritengono che l’attuale quasi assenza dell’antimateria indichi che la simmetria non sia perfetta, in qualche modo non capiamo ancora perché le proprietà dell’antimateria non riflettano esattamente quelle della materia. Si sperava che studiando le transizioni tra i livelli di energia per un protone potesse dare qualche indizio su queste deviazioni. Un universo con uguali quantità di materia e antimateria non sarebbe un luogo sicuro per nessuno, compresi i corpi celesti, essi infatti sarebbero costantemente minacciati dall’annientamento.
Un lavoro molto più che microscopico…
I metodi di Hangst hanno evidenziato diverse difficoltà a lavorare con l’antimateria sopra la scala subatomica. Per produrre solo 20 anti-idrogeni da studiare, ha dovuto intrappolare 90.000 antiprotoni a temperature inferiori a 1 Kelvin (circa -272 °C) e trascinare oltre 3 milioni di positroni. I prodotti sono stati quindi colpiti con 72.000 impulsi laser a 12 frequenze diverse, prima di poter fuggire per annientarsi con la materia circostante. Contando le particelle emesse negli eventi di annichilimento, per ogni diversa frequenza laser, Hangst ha dedotto la dimensione delle transizioni energetiche dell’antimateria. Il dott. Hangst e il suo team sono inoltre stati i primi a osservare lo spettro elettromagnetico dell’anti-idrogeno, ad ogni modo questi studi sono ancora in fase embrionale e sarà necessario farne molti altri. Se ti interessa il mondo dell’atomo ti consiglio questo nostro altro articolo, buona lettura.
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