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Dopo una lotta serrata con un gruppo concorrente, un team internazionale di fisici del CERN ha prodotto migliaia di atomi di antidrogeno.
Un risultato che, pur non avendo conseguenze pratiche, permetterà di controllare alcune importanti teorie.
Uguale, ma con una carica opposta
Non è facile immaginare che il nostro mondo, composto dalla materia ordinaria con la quale abbiamo a che fare da sempre, potrebbe avere un corrispettivo uguale ma formato da antimateria. Quest'intuizione risale a 70 anni fa, quando Paul A.M. Dirac previde che per ogni particella deve esistere un'antiparticella di massa uguale ma di carica elettrica opposta.
Le antiparticelle vennero scoperte quasi subito, negli Anni Trenta, ma rimase in sospeso la questione della reale esistenza di veri e propri antiatomi. Una questione che ora è stata risolta a Ginevra dai fisici di ATHENA (ApparaTus for High precision Experiments with Neutral Antimatter), una collaborazione composta da studiosi svizzeri, italiani, inglesi, danesi, giapponesi, brasiliani e del CERN.
Tre trappole e un rivelatore
Tutto cominciò nel 1997, quando i ricercatori dei due gruppi concorrenti ATHENA e ATRAP si misero a caccia dell'antidrogeno. Qualche laboratorio, in Europa e negli Stati Uniti, lo aveva già prodotto, ma gli antiatomi si muovevano a velocità prossima a quella della luce.
Tutt'altra faccenda era trattenerlo in un contenitore. Per farlo i ricercatori dovevano riuscire a "mescolare" i positroni (cioè le antiparticelle degli elettroni) e gli antiprotoni. Un compito non facile, perché l'antimateria, quando incontra la materia ordinaria, si distrugge.
I fisici di ATHENA hanno creato così due trappole per contenere separatamente due nubi di antiparticelle, rispettivamente positroni e antiprotoni, che poi hanno fatto unire dentro una terza trappola elettromagnetica, detta "di ricombinazione".
Qui sono state lasciate a raffreddare (cioè a diminuire la propria energia) fino a 10 gradi sopra lo 0 assoluto. A quel punto i positroni sono entrati in orbita intorno agli antiprotoni: l'antidrogeno era fatto.
Il computer "vede" l'antimateria
Ma non basta produrlo, bisogna anche osservarlo. Serve cioè un rivelatore efficiente. E per questo è stato fondamentale il contributo dei fisici dell'Università di Zurigo che fanno parte di ATHENA.
Quando alcuni antiatomi escono dalla trappola di ricombinazione, urtano con la materia ordinaria e liberano delle particelle. Il rivelatore le osserva e il software del computer verifica che provengono tutte dallo stesso punto e dallo stesso istante. È la prova che l'antidrogeno è stato prodotto. Quanto? Gli eventi osservati sono circa 130, ma i fisici del CERN stimano il numero totale di antiatomi in almeno 50 mila.
Anche gli studiosi di ATRAP avevano annunciato di aver ottenuto degli antiatomi. Ma avevano dovuto ritrattare, perché il loro rivelatore non era in grado di mostrare in modo inequivocabile l'esistenza dell'antidrogeno nella propria trappola.
Un test per teorie fondamentali
Cosa fare ora dell'antidrogeno? Ancora non si prevedono applicazioni utili. Però lo si potrà impiegare per mettere alla prova alcune teorie importanti. Bisognerà però prima confinarlo e poi studiarne la spettroscopia, cioè i livelli delle orbite dei positroni.
Le teorie attuali prevedono che i livelli dei positroni siano gli stessi dei livelli degli elettroni nella materia ordinaria. Ma finora non è stato possibile verificarlo in laboratorio. Se il risultato fosse differente, bisognerebbe cambiare le teorie unanimemente riconosciute.
Una nuova teoria della relatività?
Potrebbe darsi che la materia e l'antimateria abbiano un diverso rapporto con la gravità. In tal caso bisognerebbe cambiare la Teoria della Relatività Generale, che non prevede differenze.
Oppure la natura potrebbe violare un'importante simmetria, secondo la quale tutte le leggi fisiche non cambiano se si invertono le cariche, si scambia la sinistra con la destra e poi si inverte il flusso del tempo. I fisici teorici sono convinti che sia così, ma il confronto fra l'idrogeno e l'antidrogeno potrebbe provare il contrario. E, en passant, per una scoperta del genere sul CERN pioverebbe un bel Premio Nobel.
Marco Cagnotti
Fatti e cifre
Ogni particella di materia ha una corrispondente antiparticella, che ha massa uguale e carica opposta
L'esistenza dell'antimateria venne prevista negli Anni Trenta da Paul A.M. Dirac
L'antimateria, a contatto con la materia, si distrugge
Presso il CERN di Ginevra è stata per la prima volta prodotta antimateria in quiete
L'antidrogeno si trova alla temperatura di 10 gradi sopra lo 0 assoluto
Gli eventi osservati dai fisici del CERN sono circa 130
Il numero totale di antiatomi prodotti è di almeno 50 mila
In breve
Per la prima volta al CERN il gruppo internazionale di fisici dell'esperimento ATHENA ha prodotto dei veri e propri atomi di antidrogeno, osservandone le annichilazioni sulle pareti del contenitore.
L'antidrogeno non ha per ora applicazioni pratiche, ma in futuro potrà essere usato per mettere alla prova la Teoria della Relatività Generale e la simmetria delle leggi naturali.