L'antimateria è stata a lungo oggetto di fantascienza. Nel libro e nel film Angeli e demoni, il professor Langdon cerca di salvare il Vaticano da una bomba all'antimateria. La navicella spaziale Enterprise di Star Trek utilizza un motore antimateria annichilente per viaggiare più velocemente della velocità della luce. Ma l'antimateria è anche un oggetto della nostra realtà. Le particelle di antimateria sono praticamente identiche ai loro partner materiali, tranne per il fatto che trasportano carica e spin opposti. Quando l'antimateria incontra la materia, si annichilisce istantaneamente in energia, e questa non è più una finzione.
Sebbene le bombe all'antimateria e le navi basate sullo stesso carburante non siano ancora possibili nella pratica, ci sono molti fatti sull'antimateria che ti sorprenderanno o ti permetteranno di rinfrescare la memoria di ciò che già sapevi.
1. L'antimateria avrebbe dovuto distruggere tutta la materia nell'universo dopo il Big Bang
Secondo la teoria, il Big Bang ha dato alla luce materia e antimateria in quantità uguali. Quando si incontrano, c'è l'annientamento, l'annientamento reciproco e rimane solo energia pura. Sulla base di questo, non dovremmo esistere.
Ma noi esistiamo. E per quanto ne sanno i fisici, questo perché per ogni miliardo di coppie materia-antimateria c'era una particella di materia in più. I fisici stanno facendo del loro meglio per spiegare questa asimmetria.
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2. L'antimateria ti è più vicina di quanto pensi
Piccole quantità di antimateria piovono costantemente sulla Terra sotto forma di raggi cosmici, particelle di energia dallo spazio. Queste particelle di antimateria raggiungono la nostra atmosfera a livelli che vanno da uno a oltre cento per metro quadrato. Gli scienziati hanno anche prove che l'antimateria viene generata durante un temporale.
Ci sono altre fonti di antimateria che ci sono più vicine. Le banane, ad esempio, producono antimateria emettendo un positrone - l'equivalente di antimateria di un elettrone - circa una volta ogni 75 minuti. Questo perché le banane contengono piccole quantità di potassio-40, un isotopo naturale del potassio. Quando il potassio-40 decade, a volte nasce un positrone.
I nostri corpi contengono anche potassio-40, il che significa che emetti anche positroni. L'antimateria si annichilisce istantaneamente al contatto con la materia, quindi queste particelle di antimateria non durano molto a lungo.
3. Gli esseri umani sono riusciti a creare pochissima antimateria
L'annientamento dell'antimateria e della materia ha il potenziale per rilasciare enormi quantità di energia. Un grammo di antimateria può produrre un'esplosione delle dimensioni di una bomba nucleare. Tuttavia, gli esseri umani non hanno prodotto molta antimateria, quindi non c'è nulla da temere.
Tutti gli antiprotoni creati presso l'acceleratore di particelle Tevatron presso i Laboratori Fermi peseranno a malapena 15 nanogrammi. Finora il CERN ha prodotto solo 1 nanogramma. A DESY in Germania - non più di 2 nanogrammi di positroni.
Se tutta l'antimateria creata dall'uomo si annichilisce all'istante, la sua energia non sarà nemmeno sufficiente a far bollire una tazza di tè.
Il problema sta nell'efficienza e nel costo di produzione e conservazione dell'antimateria. La creazione di 1 grammo di antimateria richiede circa 25 milioni di miliardi di chilowattora di energia e costa oltre un milione di miliardi di dollari. Non sorprende che l'antimateria sia talvolta elencata come una delle dieci sostanze più costose nel nostro mondo.
4. Esiste una cosa come una trappola per antimateria
Per studiare l'antimateria, devi impedire che si annichilisca con la materia. Gli scienziati hanno trovato diversi modi per farlo.
Le particelle di antimateria cariche come i positroni e gli antiprotoni possono essere immagazzinate nelle cosiddette trappole di Penning. Sono come minuscoli acceleratori di particelle. Al loro interno, le particelle si muovono a spirale mentre i campi magnetici ed elettrici impediscono loro di entrare in collisione con le pareti della trappola.
Tuttavia, le trappole Penning non funzionano per particelle neutre come l'antiidrogeno. Poiché non hanno carica, queste particelle non possono essere limitate ai campi elettrici. Sono intrappolati nelle trappole di Ioffe, che funzionano creando un'area di spazio in cui il campo magnetico diventa più ampio in tutte le direzioni. Le particelle di antimateria si bloccano nell'area con il campo magnetico più debole.
Il campo magnetico terrestre può fungere da trappola per l'antimateria. Gli antiprotoni sono stati trovati in alcune zone intorno alla Terra: le fasce di radiazione di Van Allen.
5. L'antimateria può cadere (nel senso letterale della parola)
Le particelle di materia e antimateria hanno la stessa massa, ma differiscono per proprietà come carica elettrica e spin. Il Modello Standard prevede che la gravità dovrebbe agire allo stesso modo sulla materia e sull'antimateria, ma questo resta da vedere con certezza. Esperimenti come AEGIS, ALPHA e GBAR stanno lavorando su questo.
Osservare l'effetto gravitazionale sull'esempio dell'antimateria non è facile come guardare una mela che cade da un albero. Questi esperimenti richiedono di intrappolare l'antimateria o di rallentarla raffreddandola a temperature appena sopra lo zero assoluto. E poiché la gravità è la più debole delle forze fondamentali, i fisici devono usare particelle di antimateria neutre in questi esperimenti per prevenire l'interazione con la forza più potente dell'elettricità.
6. L'antimateria viene studiata nei moderatori di particelle
Hai sentito parlare di acceleratori di particelle e di rallentatori di particelle? Al CERN, c'è una macchina chiamata Antiproton Decelerator, in cui gli antiprotoni vengono catturati e rallentati per studiarne le proprietà e il comportamento.
Negli acceleratori di particelle ad anello come il Large Hadron Collider, le particelle ricevono una spinta energetica ogni volta che completano un cerchio. I rallentatori funzionano in modo opposto: invece di accelerare le particelle, vengono spinti nella direzione opposta.
7. I neutrini possono essere le loro stesse antiparticelle
Una particella di materia e il suo partner antimateriale trasportano cariche opposte, il che rende facile distinguerle. I neutrini, particelle quasi prive di massa che raramente interagiscono con la materia, non hanno carica. Gli scienziati ritengono che possano essere particelle di Majorana, un'ipotetica classe di particelle che sono le loro stesse antiparticelle.
Progetti come il Majorana Demonstrator e l'EXO-200 mirano a determinare se i neutrini siano effettivamente particelle di Majorana osservando il comportamento di quello che è noto come doppio decadimento beta senza neutrini.
Alcuni nuclei radioattivi decadono simultaneamente, emettendo due elettroni e due neutrini. Se i neutrini fossero le loro stesse antiparticelle, si annichilerebbero dopo il doppio decadimento e gli scienziati dovrebbero solo osservare gli elettroni.
La ricerca dei neutrini di Majorana può aiutare a spiegare perché esiste l'asimmetria materia-antimateria. I fisici suggeriscono che i neutrini di Majorana possono essere pesanti o leggeri. I polmoni esistono nel nostro tempo e quelli pesanti sono esistiti immediatamente dopo il Big Bang. I neutrini majorana pesanti sono decaduti in modo asimmetrico, portando alla comparsa di una piccola quantità di materia che ha riempito il nostro universo.
8. L'antimateria è usata in medicina
PET, PET (Positron Emission Topography) utilizza i positroni per produrre immagini del corpo ad alta risoluzione. Gli isotopi radioattivi che emettono positroni (come quelli che abbiamo trovato nelle banane) si attaccano a sostanze chimiche come il glucosio nel corpo. Vengono iniettati nel flusso sanguigno dove si decompongono naturalmente, emettendo positroni. Questi, a loro volta, si incontrano con gli elettroni del corpo e si annichilano. L'annientamento produce raggi gamma che vengono utilizzati per costruire un'immagine.
Gli scienziati del progetto ACE del CERN stanno studiando l'antimateria come potenziale candidato per il trattamento del cancro. I medici hanno già capito che possono dirigere i fasci di particelle sui tumori, emettendo la loro energia solo dopo aver attraversato in sicurezza i tessuti sani. L'uso di antiprotoni aggiungerà una scarica di energia extra. Questa tecnica ha dimostrato di essere efficace nel trattamento dei criceti, ma non è stata ancora testata sugli esseri umani.
9. L'antimateria può essere in agguato nello spazio
Uno dei modi in cui gli scienziati stanno cercando di risolvere il problema dell'asimmetria materia-antimateria è cercare l'antimateria rimasta dal Big Bang.
L'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) è un rilevatore di particelle situato sulla Stazione Spaziale Internazionale e cerca tali particelle. L'AMS contiene campi magnetici che piegano il percorso delle particelle cosmiche e separano la materia dall'antimateria. I suoi rilevatori devono rilevare e identificare tali particelle mentre passano.
Le collisioni di raggi cosmici di solito producono positroni e antiprotoni, ma le possibilità di creare un atomo di antielio rimangono estremamente ridotte a causa dell'enorme quantità di energia richiesta per questo processo. Ciò significa che l'osservazione di almeno un nucleolo di antielio sarebbe una potente prova dell'esistenza di quantità gigantesche di antimateria in altre parti dell'universo.
10. Le persone effettivamente imparano come equipaggiare il carburante antimateria di veicoli spaziali è
Pochissima antimateria può generare enormi quantità di energia, rendendolo un combustibile popolare per le navi futuristiche di fantascienza.
La propulsione a razzo antimateria è ipoteticamente possibile; il limite principale è raccogliere abbastanza antimateria per far sì che ciò accada.
Non esistono ancora tecnologie per la produzione in serie o la raccolta di antimateria nelle quantità richieste per tale applicazione. Tuttavia, gli scienziati stanno lavorando per imitare tale movimento e immagazzinare questa stessa antimateria. Un giorno, se riusciremo a trovare un modo per produrre grandi quantità di antimateria, la loro ricerca potrebbe aiutare i viaggi interstellari a diventare realtà.
Basato su materiali di symmetrymagazine.org
ILYA KHEL
