L’antimateria
e la materia ordinaria sono praticamente due cose identiche. Con una piccola
differenza. Una “anti-tavoletta” di cioccolato avrà lo stesso gusto,
sapore e caratteristiche della tavoletta di cioccolata che ci mangiamo
noi, solo che, se rimaniamo senza la nostra tavoletta, non possiamo mangiare
quella costituita da anti-cioccolato! Solo un anti-uomo di una anti-terra
può gustarsi una anti-tavoletta di cioccolato. Infatti quando materia
e antimateria si incontrano danno vita ad un processo che va sotto il
nome di annichilazione il cui risultato è la totale trasformazione
della massa in energia. Quindi è meglio star lontani dalle tavolette
di anticioccolata!! A parte gli scherzi, la questione dell’antimateria
e la sua esistenza nell’universo è sempre molto di moda soprattutto
da quando è stato spedito in orbita a metà dell’anno scorso
un potente strumento (noto con la sigla Ams) il cui scopo è
quello di individuare anti-atomi.
Per quanto
ne sappiamo ora, a qualsiasi particella corrisponde la sua antiparticella;
questo significa che ad un elettrone corrisponde un anti-elettrone, chiamato
positrone avente la stessa massa ma carica opposta: è a
tutti gli effetti un elettrone con carica positiva. Alla stessa maniera
ad un protone corrisponde l’esatta sua antiparticella di carica negativa,
detta semplicemente antiprotone. Questo discorso come ho detto,
è valido per qualsiasi particella; solo che l’esistenza delle antiparticelle
non garantisce necessariamente l’esistenza dell’antimateria!! Per formare
antimateria , le antiparticelle si dovrebbero aggregare insieme, come
fa la materia ordinaria cioè protoni e neutroni che vanno a formare
i nuclei degli elementi chimici; ma se questo, per qualche ragione non
dovesse accadere, allora non ci sarebbe antimateria ma solo antiparticelle.
Il discorso non è assolutamente banale e la differenza tra le due
cose è racchiusa in 70 anni di fisica. Dalla scoperta dell’equazione
di Dirac e dall’introduzione dei cosiddetti operatori di simmetria (si
indicano con C operatore di carica, P operatore di parità, e T
operatore di inversione temporale. L’operatore C cambia segno alla carica
di una particella e l’operatore P funziona come uno specchio cambia, cioè,
la sinistra con la destra) fino ai giorni nostri, fino cioè all’esperimento
Ams, progettato per scovare e catturare questi anti-atomi necessari a
dimostrare l’esistenza dell’antimateria nell’universo.
La scoperta
del positrone avvenne alla fine degli anni venti per merito di un grandissimo
fisico teorico: Dirac. Egli era intento a trovare una soddisfacente equazione
relativistica dell’elettrone perché, secondo lui, la teoria proposta
da Klein e Gordon presentava punti poco soddisfacenti. Secondo George
Gamow (un altro grande della ricerca), Dirac trovò la soluzione
al suo dilemma una sera del 1928 mentre era seduto vicino ad un camino
( G. Gamov, Thirdy years that shook Physics, Doubleday and Co.,
Garden City, NY, 1966). Oggi tutti i fisici conoscono l’equazione di Dirac
le cui soluzioni descrivono gli elettroni e i positroni e la teoria che
racchiude tutto il ragionamento è ricordata come la “Teoria
delle lacune”. Tuttavia la soluzione che descrive il positrone fu
creduta, inizialmente, descrivere un protone! Poi Anderson nel ‘32 (che
non conosceva i lavori di Dirac) analizzò una traccia lasciata
da un raggio cosmico, e si accorse che era una carica positiva della stessa
massa dell’elettrone, proprio come ci si attendeva dal lavoro sulle lacune
di Dirac!! Da questa scoperta il prestigio di Dirac si è protratto
fino ai giorni nostri.
Anche se
ad onor del vero, la teoria delle lacune di Dirac adesso è da considerarsi
poco più di una “curiosità storica” come l’ha
definita J. Schwinger.
Per ulteriori
informazioni puoi leggere la risposta
di Diego Bonata sui motori ad antimateria.