L’universo nello specchio, l’antimateria

Salve a tutti!

Visto che è un argomento che è emerso nell’articolo precedente ed alcuni di voi mi hanno chiesto delucidazioni in merito, oggi parleremo di qualcosa di particolare ed anche un po’ complicato. Cercherò di semplificare al massimo per rendervi il concetto più semplice possibile, anche perchè non sono un fisico e nemmeno un tuttologo.

Comunque, l’argomento di oggi è l’antimateria!

Diciamo che questa affascinante storia inizia ufficiosamente gli ultimi due decenni del 1800, con alcuni scritti di Hicks, Pearson e Schuster. Intendiamoci, erano per lo più speculazioni prive di basi teoriche scientifiche solide. La vera svolta arrivò nel 1928 con Paul Dirac, che applicando l’equazione di Schrodinger (si quello del gatto) agli elettroni questi potevano risultare sia positivi che negativi.

Ora, due piccole postille:

Uno: Si, fan di Evangelion, Dirac viene citato anche nel famoso anime con il “mare di Dirac”. No, gli angeli comunque non c’entrano.

-Che schifo!- Cit. The End of Evangelion-

Due: prima che mi tiriate dei pomodori insultandomi perchè ho osato dire che degli elettroni possono avere carica positiva, bhe vi posso assicurare che secondo le teorie della meccanica quantistica questo può succedere, e….effettivamente è successo.

Quindi ricapitoliamo, se può esistere un elettrone positivo (in inglese positive electron, la cui crasi diventa positron, in italiano positrone) allora può esistere anche un protone negativo o antiprotone, per la stessa motivazione derivante dall’equazione di cui sopra.

Quindi, prendiamo per esempio un atomo di deuterio, ossia l’isotopo fico dell’idrogeno. Questo è formato naturalmente da un protone ed un neutrone nel nucleo, mentre l’unico elettrone gli orbita attorno come una cheerleader di un film americano attorno al quarterback della squadra di football del liceo.

Se abbiamo detto che le particelle di antimateria hanno stessa massa (in realtà lo sto dicendo ora..ok?) ma carica opposta, avremo che il il nucleo di antideuterio sarà carico negativamente perchè l’antiprotone sarà negativo, mentre attorno al nucleo, il positrone sarà carico positivamente. In tutto ciò, quelli che se ne fregano altamente sono i neutroni, perchè quelli non hanno carica, sono appunto “neutri” come la Svizzera o un democristiano della prima Repubblica.

Bene. Ora abbiamo il nostro atomo di antimateria. Che ce ne facciamo? Beh almeno per ora un bel niente. Semplicemente perchè se qualsivoglia atomo di antimateria va a toccare un atomo di materia standard quello che succede è un rave party subatomico (ops, no no, Ministro Piantedosi, non sto organizzando un rave, giuro) in cui entrambi gli atomi si annichiliscono distruggendosi e liberando una enorme quantità di energia sotto forma di fotoni gamma. Si quelli che rendono Hulk grosso, verde ed arrabbiato.

Ma se fa tutto boom, perchè gli scienziati ci si stanno così amminchiando (cit. Montalbano)? Semplicemente perchè secondo le moderne teorie sul Big Bang, il petardo che ha creato l’universo, avrebbe in teoria per la meccanica quantistica, dovuto creare la stessa quantità di materia ed antimateria. Quindi perchè noi viviamo in un mondo dominato dalla materia? No, non perchè siamo amanti dei grandi classici, anche perchè in un ipotetico anti-universo la questione sarebbe solo un punto di vista. Mettiamoci nei panni di una civiltà nata in un universo dominato dall’antimateria. Essendo una mera convenzione il segno delle cariche, per loro noi potremmo tranquillamente essere in un antiuniverso. Vabbè, sono quisquilie.

Ma quindi, dove è tutta questa antimateria che dovrebbe esserci e che non vediamo? Le risposte potrebbero essere molte. E’ stato ipotizzato che l’antimateria sia stata spinta via in una regione dell’universo da una forza repulsiva rispetto alla materia. Oppure che semplicemente ci sia uno sbilanciamento a favore della materia e che l’antimateria sia già stata annichilita a contatto con una porzione della materia. Lo so, è un casino, ma se ancora non hanno trovato una risposta nemmeno i cervelloni del CERN pensate che ve la possa dare io che a volte sbaglio pure la cottura delle lasagne al forno? Eddai su.

Ma noi come facciamo a sapere quel poco che sappiamo sull’antimateria? Eh perchè quando ci mettiamo in testa qualcosa, a volte siamo in grado di spendere e costruire dei simpaticissimi aggeggi giganteschi sottoterra, chiamati acceleratori di particelle, in grado di spingere elettroni, protoni o atomi a velocità estreme fino a farli scontrare e generare così piccolissime quantità di antimateria. Considerate che i primi esperimenti generavano antiprotoni per pochi istanti, millisecondi. Nel corso degli anni sono stati sviluppati metodi per intrappolare l’antimateria attraverso campi magnetici, trappole atomiche o risonanza tramite fasci laser. Il record per ora è per l’esperimento TRAP del CERN che ha inTRAPpolato antiprotoni per 405 giorni. Un tempo niente male, soprattutto per studiarli.

Vi ricordate prima quando vi dicevo che non abbiamo utilizzi per l’antimateria? Vi ho mentito spudoratamente. In realtà viene utilizzata in medicina, con una tecnica diagnostica che si chiama PET (Tomografia ad emissione di positroni), che riesce a fornire immagini dei tessuti evidenziando ad esempio le masse tumorali. Alcuni studi ed evidenze sperimentali hanno mostrato come fasci di antiprotoni possano essere utilizzati per trattare alcuni tipi di tumore, con una precisione incredibilmente elevata.

E come fonte di energia? Beh, nell’universo Star Trek che vi ho citato ieri, deuterio ed antideuterio vengono utilizzati nel nucleo di curvatura delle navi stellari per generare energia per i viaggi nel cosmo. Considerate che l’annichilazione di un 1 kg di antimateria con 1 kg di materia fornisce un’energia 70 miliardi di volte superiore alla combustione di un 1 kg di petrolio. Una cifretta niente male. Il problema è che attualmente il costo di produzione dell’antimateria è più o meno di 25 miliardi di dollari al grammo, vista l’enorme quantità di energia che serve per produrla, superiore a quella che tra l’altro fornirebbe l’annichilazione stessa. Che famo, paghiamo alla romana?

Un’idea potrebbe essere quella di raccogliere quella che si forma naturalmente nello spazio quando i raggi cosmici ed i raggi gamma colpiscono la materia (ad esempio nelle fasce di Van Allen (zone ricche di particelle cariche dei venti solari catturate dalla magnetosfera terrestre) oppure quelle intorno a Giove e Saturno. La NASA sta studiando la cosa, ma è ancora molto molto presto per vedere anche un embrione di progetto attivo.

Insomma, l’argomento è interessante, ostico e ancora da sviscerare. Spero vi sia piaciuto ed alla prossima puntata, io mi vado a preparare per la pizza di stasera. Ciao!