Antimateria creata dall'oro
Il risultato apre la strada allo studio dell'antimateria senza apparati giganteschi e dai costi esorbitanti.
Basta un piccolo campione di oro delle dimensioni della capocchia di uno spillo, un fascio laser che incide su di esso che improvvisamente appaiono più di 100 miliardi di particelle di antimateria, in particolare positroni, che fuoriescono in un getto di plasma di forma conica.
È questa, in breve, la descrizione di una risultato ottenuto presso i Laboratori Livermore, negli Stati Uniti, che aprono la strada alla produzione di una enorme quantità di antimateria anche in laboratori di piccole dimensioni e alle ricerche sui fenomeni astrofisici come i buchi neri e i burst di raggi gamma senza apparati giganteschi e dai costi esorbitanti.
“Abbiamo rivelato molta più antimateria di chiunque altro finora in un esperimento laser”, ha spiegato Hui Chen, ricercatore del Livermore che ha guidato lo studio. “Oltre a ciò abbiamo dimostrato la possibilità di produrre un significativo numero di positroni utilizzando un laser a impulsi brevi.”
Chen e colleghi infatti ha utilizzato un laser in grado di produrre un fascio estremamente intenso ma a impulsi estremamente brevi per colpire un bersaglio di oro di un millimetro di lato.
Nell’esperimento, il laser ionizza e accelera gli elettroni, che vengono indirizzati contro il bersaglio di oro. Sulla loro traiettoria, gli elettroni interagiscono con i nuclei d’oro. In seguito a un'ulteriore complessa interazione si producono i positroni, che rappresentano l’antimateria degli elettroni.
Le particelle di antimateria sono annichilate quasi istantaneamente al contatto con la materia e convertite in raggi gamma. Tuttavia, prima che avvenga l’annichilazione, i positroni si comportano, per molti aspetti, come elettroni che possono essere facilmente rivelati con strumenti come gli spettrometri.
Rappresentazione artistica di un atomo di idrogeno e di uno di anti-idrogeno.
Ogni oggetto che ci circonda è fatto di materia. Ma se ogni cosa è di materia, che cosa è allora l'antimateria?
Per avere la risposta bisogna tornare indietro nel tempo fino agli anni '30.
Nel 1928 Dirac formulò una teoria per il moto degli elettroni in campi elettrici e magnetici, includendo sia effetti quantistici che effetti relativistici.
Questa teoria, in grado di descrivere i risultati delle misure sperimentali in modo eccezionalmente preciso, portò anche ad una sorprendente previsione.
L'elettrone doveva avere una "antiparticella" con stessa massa ma carica elettrica opposta a quella negativa di un normale elettrone.
La previsione di Dirac trovò conferma sperimentale nel 1932.
Oggi sappiamo che tutte le particelle con momento angolare intrinseco (spin) semi-intero, devono avere un'antiparticella. Mentre la massa di particelle e antiparticelle è identica, altre proprietà sono caratterizzate da valori che hanno segno matematico opposto. Ad es. l'antiprotone ha la stessa massa del protone ma carica elettrica opposta (la carica del protone è positiva, quella dell'antiprotone è negativa).
Anche alle particelle elettricamente neutre, come il neutrone, corrispondono antiparticelle. Esse possiedono proprietà, con segno cambiato, differenti dalla carica elettrica, ad es., il momento magnetico intrinseco.
Quando materia e antimateria si incontrano diventano energia.