Che cosa è l’antimateria?

Roberto Battiston è il responsabile italiano, e uno dei primi motori, del progetto Ams, che è in corso e che ha visto caricare un modulo per la ricerca di antimateria sulla Stazione spaziale internazionale (Iss), in orbita a 400 chilometri di distanza dalla superficie terrestre. Abbiamo approfitatto della sua disponibilità (la materia è complessa, ma Battiston è anche un ottimo divulgatore) per farci aiutare a capire meglio lo stato della ricerca sull'antimateria e le possibili implicazioni di eventuali scoperte. La caccia all'antimateria è una vera sfida per la fisica attuale. Se ne cercano appassionatamente tracce in diversi luoghi, sulla terra (tipicamente negli acceleratori come il Large Hadron Collider — Lhc — di Ginevra) e nello Spazio.

Partiamo da ciò che cercate. Cos'è l'antimateria?
"L'antimateria è con noi da più di 80 anni, teorizzata da Paul Dirac e rilevata nelle sua prima forma, il positrone (un anti-elettrone), da Carl Anderson negli anni '30. Da allora siamo convinti che sia uno stato fondamentale della materia: per ogni tipo di particella ne esiste uno di antiparticella. "Anti" significa che ha caratteristiche tali per cui incontrando una particella le due si annichilano producendo un lampo di energia. Particelle e antiparticelle non possono cioè convivere. Nel nostro mondo fatto di materia, l'antimateria è presente in quantità minuscole".

Quali risultati sono stati ottenuti e si stanno perseguendo nei laboratori a terra, come nel Large Hadron Collider di Ginevra?
"Sulla Terra possiamo produrre antiparticelle semplici elementari: anti-elettrone, anti-protone, anti-deuterio (il deuterio è un isotopo dell'idrogeno con un neutrone nel nucleo, ndr), e recentemente sono stati prodotti degli isotopi di anti-elio. Il tutto facendo scontrare nuclei di piombo. Sappiamo produrre stati di antimateria relativamente complessi -al Cern in questo sono molto bravi e sono riusciti a intrappolare antiatomi di idrogeno per diversi minuti - ma abbiamo verificato che è così difficile produrli per collisione, che nell'Universo non crediamo si diano antiparticelle complesse originate in questo modo.

"Al momento del Big Bang c'erano per definizione tanta materia quanta antimateria, non c'è alcun motivo per credere che ci fosse un'asimmetria iniziale; dopo pochi istanti di vita dell'Universo particelle di materia e antimateria si sono annichilite, tutte tranne un miliardesimo di materia, che siamo noi. Tutto ciò che vediamo intorno a noi è fatto di questo miliardesimo di materia iniziale.

"Ma che fine ha fatto il miliardesimo corrispondente di antimateria? La risposta non la sappiamo: le teorie che abbiamo elaborato non ci fanno capire dove è nata l'eventuale asimmetria che preferisce ammazzare un po' di più di antimateria. Non abbiamo trovato negli esperimenti fatti a terra tracce di asimmetria che giustifichi la scomparsa di questa antimateria".

Per questo motivo si va a caccia di antimateria, anzi di antinuclei complessi, nello Spazio?
"In mancanza di una base teorica andiamo a cercare nei raggi cosmici tracce di antinuclei complessi. Se ne trovassimo qualcuno, come per esempio un nucleo di anti-carbonio, dovremmo capire come si è originato; avendo noi verificato che produrli per collisione è estremamente improbabile, ci deve essere un altro motivo e l'unico che conosciamo - dato che vale anche per l'origine dei nuclei pesanti della materia - è all'interno delle stelle, tramite fusione nucleare dei nuclei leggeri. Se noi trovassimo dell'anti-carbonio, allora l'unica spiegazione che potremmo darci è che sia stato prodotto da un'antistella".

Quanto sarebbero distanti queste antistelle?
"Non è detto che siano lontanissime, le galassie remote ma visibili che vediamo sotto forma di luce potrebbero essere costituite sia di materia sia di antimateria. Al Cern hanno dimostrato che la luce prodotta da un antiatomo è la stessa prodotta dall'atomo corrispondente".

Che interrogativi teorici troverebbero risposta da questi esperimenti?
"Se l'asimmetria non c'è, dobbiamo trovare gli antinuclei; se non li troviamo vuol dire che l'asimmetria c'è e ci gratteremo la testa per capire quale può essere la sua causa. Probabilmente una nuova super-forza che agisce solamente in condizioni iniziale e che per qualche motivo preferisce la materia all'antimateria, una super forza di cui non c'è traccia negli acceleratori. Siamo al punto in cui la fisica teorica ha bisogno di una verifica sperimentale per proseguire".

Quali applicazioni industriali o comunque pratiche è possibile ipotizzare per le ricerche in corso?
"L'applicazione a cui viene spontaneo pensare è l'energia. L'antimateria ha un accumulo di energia nucleare che può essere trasformata al 100 per cento in energia termica (calore); in una centrale nucleare ne può trasformare al massimo l'un per cento. Un'ipotetica centrale ad antimateria avrebbe una potenza spaventosamente efficiente. Il problema è che mettere l'energia in uno stato di antimateria è molto costoso proprio in termini energetici: il rapporto è di 100mila a uno.

"Recentemente un satellite italo-russo (Pamela) ha scoperto nelle particelle intrappolate nelle fasce di Van Allen una quantità assolutamente significativa di anti-protoni, che stanno lì e rimbalzano. In tutto assommano a qualche microgrammo di antimateria, che è un numero enorme molto più grande di quanto sembra.

"Esiste un meccanismo di accumulo di antimateria intorno alla Terra. Potremo sfruttarlo?
Onestamente non lo so ma le strade che conducono all'antimateria possono essere sorprendenti".

L'esperimento Fermi Gamma-ray ha rilevato antiparticelle scaturite dai temporali tropicali. Oltre che nei laboratori e nello spazio, l'antimateria la si trova anche a metà strada?
"C'è evidenza che fulmini particolarmente violenti in zone temporalesche molto attive sono in grado di provocare un'accelerazione delle particelle normali a un'energia tale che collidendo con altre particelle produce antiparticelle corrispondenti a loro volta accelerate a un'energia di milioni di elettronvolt. Per un fulmine è tanta roba.

"Fenomeni di plasma prodotto da temporali che hanno effetti rivelabili dallo spazio potrebbero portare nuove tecniche di monitoraggio del tempo atmosferico o trovare sistemi di protezione per aerei che volano al disopra di aree temporalesche — è buona regola non volare sopra un temporale che produce raggi gamma, elettroni e positroni ad altissima velocità. Questa sarebbe un'incredibile risultanza: uno strumento fatto per studiare l'universo che scopre poi che la Terra è una sorgente interessante per questo tipo di studi".
[fonte yahoo]

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