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Titolo: Antimateria

 
 La scoperta della prima antiparticella (il positrone) avvenne alla fine
degli anni Venti per merito di Dirac. Egli era intento a trovare una
soddisfacente equazione relativistica dell'elettrone. Questa ricerca lo
portò alla formulazione della meccanica quantistica relativistica,
teoria che attualmente descrive con successo il comportamento di tutte
le particelle note. Tale teoria prevedeva per ogni particella dotata di
carica l'esistenza di un'altra particella dotata di massa identica e
carica opposta: quella che oggi chiamiamo antiparticella. Da qui egli
ipotizzò l'esistenza di tale particella.
Ho letto queste righe di cui sopra in un giornale scientifico,ora la
mia domanda e`: da dove si evince nella teoria della meccanica
quantistica che DEVE esistere tale particella ?
Grazie
-- 
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http://www.Mailgate.ORG

Scrivo solo per dire che mi associo alla domanda posta da Dario,
ho anche io la stessa curiosita`. Anche se penso che per la persona 
che eventualmente voglia risponderci, sia molto arduo scrivere in
poche righe una risposta che presumo invece essere molto lunga.
In ogni caso affidiamoci alla bravura di chi vorra`risponderci .
Antonella


Dario Russo ha scritto:

Antonella Capuano ha scritto:
 > Scrivo solo per dire che mi associo alla domanda posta da Dario, ho
 > anche io la stessa curiosita`. Anche se penso che per la persona che
 > eventualmente voglia risponderci, sia molto arduo scrivere in poche
 > righe una risposta che presumo invece essere molto lunga. In ogni caso
 > affidiamoci alla bravura di chi vorra`risponderci .
Per cominciare, scusate il ritardo: mi pare che in questi giorni il NG
avvia avuto qualche problema, e diversi post li ho visti da poco.
Antonella non ha torto: la risposta non e' per niente semplice. Non
per un problema di lunghezza, ma per le conoscenze che si dovrebbero
presupporre per dire cose accettabilmente corrette.
Cominciamo pero' con una considerazione generale: nessuna teoria
pretende che *debba* esistere qualcosa.
Al piu' si potra' dire: se le ipotesi che ho fatto sono corrette, ne
concludo che dovrebbe esistere questa tale particella (o questo tale
pianeta, o altro).
Ma nel caso di Dirac la cosa e' ancora meno diretta...
Cercando di essere breve ma di salvare l'essenziale: l'equazione di
Dirac di cui stiamo parlando doveva descrivere l'elettrone, che ha spin
1/2. Cio' significa che era giusto aspettarsi delle soluzioni con due
possibilita', corrispondenti alle due componenti dello spin in una
data direzione: +1/2 e =1/2.
L'eq. di Dirac era perfettamente soddisfacente per altri versi: per
es. perche' prevedeva correttamente anche il momento magnetico
dell'elettrone, che fino allora era noto ma di cui non si capiva come
mai avesse il valore che ha. Pero' portava a 4 possibilita' anziche'
2, e il peggio e' che 2 delle possibilita' sembravano corrispondere a
valori negativi dell'energia.
Dopo un po' di tentativi, Dirac approdo' all'idea che forse gli stati
di energia negativa (o meglio, i "buchi" nel "mare" di questi stati)
stessero a rappresentare particelle di carica opposta all'elettrone,
ma simili peril resto: appunto le antiparticelle.
Se cosi' stavano le cose, elettrone e positrone dovevano apparire
insieme, quando un elettrone saltava da uno stato del mare di energia
negativa a un normale stato di energia positiva.
E viceversa, il salto opposto sarebbe stato da vedere come una
"annichilazione" di un elettrone con un positrone.
Era un'idea, una proposta, una congettura, chiamatela come volete:
non c'era niente di obbligato, almeno a quel punto.
Nel 1932 Anderson scopriva che i positroni esistono davvero, e con le
proprieta' previste.
Anni dopo, l'idea di Dirac sarebbe stata riformulata in modo diverso,
con la nascita della teoria quantistica dei campi, e in particolare
dell'elettrodinamica quantistica.
A quel punto Pauli scopri' che una teoria di campo (quantistica e
relativistica) *deve* avere una proprieta' di simmetria, la quale
implica la necessaria esistenza di antiparticelle.
E' il famoso teorema TCP (o CPT).
Il "deve" sta proprio a significare che e' un teorema: ossia che se
la teoria soddisfa a certi requisiti generali, e' necessaria
conseguenza la simmetria che ho detto, e quindi le antiparticelle.
Ma badate bene: nessun teorema obbliga la realta'.
Se scopriamo che le cose vanno come la teoria prevede, siamo felici, e
diamo fiducia alla teoria. Ma potrebbe anche darsi che le cose non
tornino, e allora ci sarebbe poco da fare: occorrerebbe rinunciare
alla teoria e ai suoi teoremi, anche se sono tanto belli...
Temo che parecchie cose che ho scritto vi saranno suonate alquanto
astruse, per le ragioni che avevo premesso. Ma d'altra parte, sapete
bene che per capirci un po' per davvero ci vogliono 4 o 5 anni di
studio universitario: nessuno, per quanto bravo :) puo' condensarli
in poche righe...
Vale pero' la pena di concludere con una riflessione filosofica.
Questo delle antiparticelle e' uno di quei casi in cui una teoria
"creata dal nulla" si dimostra capace di prevedere realta' fin'allora
sconosciute.
Ce n'e' abbastanza per un'interpretazione platonica: la "vera realta'"
sta nelle strutture matematiche.
Dirac la pensava abbastanza cosi' (ma non del tutto). Altri la vedono
diversamente, ma certo con esempi di questo genere bisogna farci i
conti.
------------------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
------------------------------

 
Scusate l'intromissione, ma l'argomento mi affascina. Forse mi sono
perso qualcosa (nulla di più probabile) ma avrei alcune domande da
fare:
1. ma l'antimateria esiste in natura o può essere prodotta solo in
lavoratorio?
2. se esiste in natura, come viene prodotta, dove e per quanto tempo
mantiene le sue proprietà?
Grazie
Vittorio


Si produce spontaneamente in un buon numero di reazioni nucleari, per 
esempio i decadimenti beta-positivi, che emettono positroni (da cui 
l'aggettivo "positivo"). Su questi fenomeni sono basate buona parte 
delle applicazioni tecnologiche dell'antimateria:
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia/physics/antimateria.html
Per quel che riguarda le proprieta', non hanno data di scadenza :-) 
Un'antiparticella e' stabile (o instabile) esattamente come la sua 
corrispondente particella "ordinaria", per cui ad es. i positroni sono 
stabili.
-- 
Enrico Smargiassi
http://www-dft.ts.infn.it/~esmargia

Nurwfulk ha scritto:
 > Scusate l'intromissione, ma l'argomento mi affascina. Forse mi sono
 > perso qualcosa (nulla di più probabile) ma avrei alcune domande da
 > fare:
 > 1. ma l'antimateria esiste in natura o può essere prodotta solo in
 > lavoratorio?
 > 2. se esiste in natura, come viene prodotta, dove e per quanto tempo
 > mantiene le sue proprietà?
Sicuramente esiste in natura: tieni presente che i positroni sono
stati scoperti nel 1932, nei raggi cosmici.
Per produrre antiparticelle non occorre niente di speciale: solo una
sufficiente energia, e di questa nei raggi cosmici ce n'e' in abbondanza.
Quando una particelle dei raggi cosmici (per es. un protone) arriva
nell'atmosfera, urtando gli atomi presenti produce una "cascata" nella
quale si trova di tutto: elettroni, positroni, fotoni, pioni, ma
anche antiprotoni, ecc.
Tieni poi presente che le antiparticelle sono del tutto uguali alle
particelle "comuni" quanto a proprieta', per cui se restano
indisturbate vivono quanto le corrispondenti particelle: elettroni e
protoni sono stabili, e cosi' pure positroni e antiprotoni. Il
neutrone decade con vita media di 15 minuti, e lo stesso fa
l'antineutrone. eccetera.
La ragione per cui l'antimateria e' rara e instabile e' solo che si
trova in presenza di un'abbondanza di materia: se un positrone viaggia
in un gas, incontra un sacco di elettroni, e finisce presto per
"annichilarsi" con uno di questi.
La vera domanda e' quindi un'altra: perche' non c'e' tanta antimateria
quanta materia?
Nota che non poteva essere cosi' neppure nelle fasi iniziali del "big
bang", altrimenti ogni particella si sarebbe annichilata con
un'antiparticella, e oggi non ci sarebbero altro che fotoni.
A meno di non supporre che la simmetria non sia perfetta...
Ma questo mi pare sia ancora un problema aperto.


 sta nelle strutture matematiche.
Personalmente non sono d'accordo. Secondo me la scoperta delle
antiparticelle prima della loro osservazione sperimentale significo`
solo che "la fisica teorica non aveva la fisica sperimentale che si
meritava" (per parafrasare un celebre detto).
Tra l'altro questo problema, che mi sembra nato proprio agli inizi del
Novecento con la RG, si e` fatto al giorno d'oggi insostenibile: basta
vedere con che ansia si aspetta l'ultimazione dell'LHC...

 positroni, 
mi sembra che nel decadimento radioattivo beta semplice viene emesso
un antineutrino. giusto?
forse il neutrino non e' consinderata materia? oppure?
grazie.
L.

 l'antineutrone. eccetera.
Elio, aiuto, perché non ci capisco un tubazzo!
Come sarebbe a dire che il neutrone decade in un quarto d'ora?
E nel nucleo degli elementi stabili? O è il "neutrone solitario" (sembra il
titolo per un fumetto fantascientifico dell'editore Bonelli) che decade in
quel tempo medio?
Poi un'altra domanda. Perché proprio 15 minuti?
Lo so, lo so, la risposta probabilmente sarà "perché sì" o, in alternativa,
"e perché no?".
Ma 15 minuti mi sembrano un periodo "strano". (Non che dubiti del tuo dato,
ovviamente).
Se mi si dice 1E-10 s, beh, dico io, è instabile e in poco tempo decade.
Se mi si dice 1E100 s, beh, dico io, è pressoché stabile.
Ma un migliaio di secondi mi sembra un tempo quasi eterno su scala
subatomica e pressoché istantaneo su scala cosmica.
Probabilmente la mia è una domanda stupida: porta pazienza. :-)
Ciao!
 
-- 
Roberto Rosoni
<roberto...@tisLOCKcali.it> (Remove the lock in your replies)
 
"E perché no?" (Dio, a chi gli chiedeva perché mai avesse creato l'Universo)
 

Winston Smith ha scritto:
 > Personalmente non sono d'accordo. Secondo me la scoperta delle
 > antiparticelle prima della loro osservazione sperimentale significo`
 > solo che "la fisica teorica non aveva la fisica sperimentale che si
 > meritava" (per parafrasare un celebre detto).
 > Tra l'altro questo problema, che mi sembra nato proprio agli inizi del
 > Novecento con la RG, si e` fatto al giorno d'oggi insostenibile: basta
 > vedere con che ansia si aspetta l'ultimazione dell'LHC...
Premesso che io non sono sono un sostenitore del platonismo, e ho
scritto in quel modo per sottolienare un problema, non la soluzione
del problema...
Pero' la tua posizione (e la battuta che citi) io non la capisco, nel
senso che non mi pare risolva il problema, forse che tenda a ignorarlo,
e questo non e' bello ;-)
Il problema e': come puo' accadere che qualcuno preveda una proprieta'
fondamenteale della natura (in questo caso le antiparticelle, ma gli
esempi si potrebbero anche ampliare) sulla base di pure considerazioni
teoriche?
E' un caso? un azzardo? Oppure (come appunto sosterrebbe un platonista)
il fatto che _si puo'_ conoscere la verita' anche col puro pensiero?


Patrizio ha scritto:
 > Nada de nada :(( e se penso che a Fis. II ho 30, mi depri-
 > mo ancora di piu': a scusante potrei dire che nn c'era ne'
 > nel programma, ne sul testo; ma, a parte qst caso, debbo
 > dire che ho notato spesso quanta insospettata differenza ci
 > sia tra la "Fisica" che si fa a Fisica e quella che si fa a Chi-
 > mica.
Non e' colpa tua ne' del corso di Fisica II: un discorso del genere
per capirlo richiede per lo meno aver visto le eq. di Maxwell in forma
relativistica e lagrangiana.
Al piu' ti posso chiedere: lo sai che l'energia d'interazine fra una
corrente e un campo magnetico si puo' scrivere come integrale del
prodotto scalare della densita' di corrente per il potenziale vettore?
(cosi' niente TeX :-))
In sostanza e' tutto qui.
Il punto un po' paradossale e' che la densita' di corrente, se la
scrivi in termini degli operatori di campo, e' appunto una "corrente
neutra". Il che sembra fare a pugni col fatto che una corrente e' un
movimento di cariche...
Ma e' solo un problema di terminologia..
 > Qui, credo di aver seguito, ma per farmi "certiorem" ti chiedo se nn
 > era suff. tener presente la consevazione della carica, come nella
 > risp. di vladivostok.
Si'.
 > Ti riferisci alla formazione del cosiddetto "positronio", per
 > spiegarmi meglio, la coppia e^+, e^-, di vita relativam. breve
 > (ma perche'? perche', se la forza gravitaz. e' trasc. rispetto a
 > quella elettrica, non e' possibile avere uno stato stabile co-
 > me nell'atomo di H?) ?
Non necessariamente. Puoi anche far urtare tra loro eletrone e
positrone a grnade velocita', come si fa con gli acceleratori e gli
anelli di accumulazione.
 > E per l'ipotetico "atomo" p^+, p^-, se si sa, anche qui nn esi-
 > ste uno stato stabile, come immagino?
Certo, ed e' anche peggio, perche' l'annichilazione puo' avvenire per
interazione forte, quindi sara' molto piu' rapida.
Non conosco i numeri, ma mentre un positronio ha una vita breve ma
misurabile, tempo che il "protonio" (se si chiama cosi') avrebbe una
vita davvero esigua.
ceres ha scritto:
 > Il trucco sta nella sezione d'urto e nella distribuzione di
 > probabilità.
 > A differenza dell'H, le due particelle hanno la stessa massa. Non
 > conosco in dettaglio i conti, cmq la sovrapposizione spaziale delle
 > funzioni d'onda associate alle due particelle e l'alta probabilità
 > d'interazione determina l'instabilità del positronio. Nell'H Non c'è
 > quasi sovrapposizione fra la distribuzione dell'elettrone (l'orbitale?
 > si chiama cosi in chimica?) e il nucleo.
Non direi.
In un atomo di H nello stato fondamentale (che e' uno stato S, come
sappiamo tutti) il massimo della f. d'onda dell'elettrone e' proprio
al centro, ossia in coincidenza del protone.
Se non avviene un'annichilazione (e-,p) e' solo perche' non c'e'
nessuno stato finale energeticamente permesso.
Il processo (debole) e- + p --> n + nu(e) esiste, ma in quelle
condizioni e' vietato perche la massa del neutrone e' troppo grande.
Invece in certi nuclei avviene: si chiama "cattura K".
Roberto Rosoni ha scritto:
 > Come sarebbe a dire che il neutrone decade in un quarto d'ora?
 >
 > E nel nucleo degli elementi stabili? O è il "neutrone solitario"
 > (sembra il titolo per un fumetto fantascientifico dell'editore
 > Bonelli) che decade in quel tempo medio?
Certo, e' il neutrone quando cavalca per la prateria, con l'unica
compagnia di un avvoltoio lassu' in alto :-))
Qunado il neutrone sta inun nucleo, tutto e' possibile: puo' essere
stabile, puo' avere vita media brevissima o lunghissima...
Molto dipende dalle masse delnucleo di partenza e di quello di arrivo.
Piu' grande la differenza di massa, piu' breve la vita media.
 > Poi un'altra domanda. Perché proprio 15 minuti?
 > ...
 > Ma un migliaio di secondi mi sembra un tempo quasi eterno su scala
 > subatomica e pressoché istantaneo su scala cosmica.
Vedi sopra...
Ho preso una tabella (dall'inestimabile CRC Handbook). Limitandosi ai
nuclei piu' leggeri, trovo che il trizio decade beta- cone semivita
(che non e'sattamente la stessa cosa della vita media: penso che la
differenza la sai) di 12 anni. L'energia max degli elettroni emessi e'
19 keV.
Per il neutrone: 10 minuti, 0.78 MeV.
L'elio 8: 0.12 secondi, 14 MeV.
Poi ci sono anche casi in cui e' il protone che diventa neutrone:
decadimento beta+, com emissione di un positrone.


 
Ma queste antiparticelle possono creare atomi e molecole o quando si
parla di antimateria si intendono solo antiparticelle?
Ciao
Vittorio

Nurwfulk ha scritto:
 > Ma queste antiparticelle possono creare atomi e molecole o quando si
 > parla di antimateria si intendono solo antiparticelle?
E' importante tener presente la distinzione tra basi teoriche
(oviamente fondate su fatti sperimentali, ma spesso indirettamente) e
vere e proprie verifiche sperimentali.
Per la tua domanda: tutto quello che sappiamo sulle antiparticelle
(masse cariche, interazioni) porta a rispondere che dovrebbero poter
formare atomi e molecole ... al limite anche esseri viventi.
Pero' ho dovuto mettere il "dovrebbero", perche' non abbiamo dati
sperimentali diretti.
Mi pare che sia stato realizzato un "antiatomo d'idrogeno":
probabilmente se cerchi su google "antihydrogen" qualcosa trovi.


parla di antimateria si intendono solo antiparticelle?
Recentemente (poche settimane fa) sono stati "costruiti" i primi atomi
di anti-idrogeno.
La teoria comunque ammette una quasi totale simmetria tra materia ed
antimateria (totale sino a dove l'ho studiata io, ma ho sentito di
recenti sviluppi in tal senso).
-- 
-Thanatos-
HatTrick: bobon123 - Djiins, V.167
Membro del Club dei Mille, Tessera #017

 differenza la sai)
Le definizioni credo di sì. La vita media è il tempo che mediamente si deve
attendere per veder decadere la particella, mentre l'emivita è il tempo in
cui decade il 50% di una popolazione di particelle.
Però mi sfugge la differenza tra i due concetti.
Certo uno è intrinsecamente random (sulla singola particella), mentre
l'altro, grazie ai grandi numeri, è estremamente preciso e ripetibile.
Ma, dalle tue parole mi pare di capire che i due termini non sono
interscambiabili. E' così?
Ciao.
 
-- 
Roberto Rosoni
<roberto...@tisLOCKcali.it> (Remove the lock in your replies)
 
Mi riservo con fermezza il diritto di contraddirmi. (P. Claudel)
 

 probabilmente se cerchi su google "antihydrogen" qualcosa trovi.
L'antiidrogeno e' stato effettivamente prodotto, ma sono stati
prodotti anche nuclei di antielio.
Uno degli implicati in tali esperimenti mi pare proprio che fu il
famigerato Zichichi...
Ciao!

 
questo non lo sapevo, grazie!
L.

Roberto Rosoni ha scritto:
 > ...
 > Le definizioni credo di sě. La vita media č il tempo che mediamente si
 > deve attendere per veder decadere la particella, mentre l'emivita č il
 > tempo in cui decade il 50% di una popolazione di particelle.
 > Perň mi sfugge la differenza tra i due concetti.
 > Certo uno č intrinsecamente random (sulla singola particella), mentre
 > l'altro, grazie ai grandi numeri, č estremamente preciso e ripetibile.
 > Ma, dalle tue parole mi pare di capire che i due termini non sono
 > interscambiabili. E' cosě?
Non capisco la distinzione che fai.
La densita' di prob. (nel tempo) e' esponenziale:
P(t) = (1/tau)*exp(-t/tau)
(l'integrale da 0 a oo fa 1).
Vita media e' il valor medio della variazbile casuale t:
vita media = \int_0^\infty t P(t) dt
Se fai il conto, viene proprio tau.
La semivita e' il tempo T tale che
\int_0^T P(t) dt = 1/2.
Se fai il conto, viene tau*ln(2).


  vladivostok0 ha scritto:
 > L'antiidrogeno e' stato effettivamente prodotto, ma sono stati
 > prodotti anche nuclei di antielio.
L'antielio non lo sapevo.
 > Uno degli implicati in tali esperimenti mi pare proprio che fu il
 > famigerato Zichichi...
A quanto ne so, Z. faceva parte di un gruppo che negli anni '60
produsse un antideutone.
Ho anche visto che c'e' una questione di priorita' con Lederman.
Di piu' non so.
