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Antimateria


Secondo la teoria cosmologica del Big Bang, durante i primissimi istanti di vita dell'Universo l'energia iniziale ha prodotto una quantità uguale di particelle e antiparticelle, queste ultime distinte dalle prime per i valori di alcune grandezze (tipicamente la carica elettrica opposta), ma di uguale massa. Non si capisce perché attualmente esista un'eccedenza di particelle rispetto alle antiparticelle (secondo i calcoli, di una parte su 10 miliardi), visto che il contatto tra di esse, che deve essere avvenuto subito dopo la loro produzione, causa la conversione della loro massa in energia (annichilazione). Per spiegare l'enigma si è ipotizzata la presenza di antimateria in regioni confinate dell'Universo, ma di essa non esiste evidenza osservativa. Un'altra soluzione al problema è rappresentata dal fatto che subito dopo il Big Bang le leggi della fisica non sarebbero state precisamente le stesse per le particelle e le antiparticelle: prima dell'annichilazione, a causa dell'elevata energia, ci sarebbero state le condizioni per il verificarsi di processi di trasformazione di antiparticelle in particelle e viceversa, ma con i primi avvenuti un numero di volte più elevato rispetto ai secondi.
Tutte le particelle subatomiche conosciute hanno un'antiparticella. L'antiparticella dell'elettrone è detta positrone: essa ha la stessa massa dell'elettrone, ma carica elettrica positiva. Quando un elettrone e un positrone vengono a contatto si annichilano, convertono cioè le loro masse in due fotoni aventi ognuno un'energia di 511.000 elettronvolt, 250.000 volte l'energia della normale luce visibile. La scoperta di fotoni con tale energia in una regione dell'Universo indica pertanto che in questa regione sono presenti positroni che si stanno annichilando. Ma da dove provengono questi positroni? I positroni possono essere prodotti nel decadimento naturale di elementi radioattivi creati da sorgenti astrofisiche come novae e supernovae, ma anche dalla materia che cade a velocità elevatissima in un buco nero: in questo caso la materia raggiunge una temperatura così alta da creare una coppia di un elettrone e un positrone, che si allontanano indipendentemente a grande velocità. Infine i positroni possono nascere nella fusione di due stelle di neutroni. Poiché l'Universo sembra contenere più materia che antimateria comunque, è da ritenere che tutti i positroni prodotti subiscano prima o poi l'annichilazione.
Si spera di ottenere importanti informazioni sull'antimateria cosmologica con osservazioni dallo spazio. Nel 2010 sarà installato sulla Stazione spaziale internazionale l'osservatorio AMS (Alpha Magnetic Spectrometer). Con tale apparato, si cercherà di rivelare, oltre agli antiprotoni e agli antielettroni (positroni), che costituiscono i raggi cosmici che investono la Terra, anche particelle mai osservate finora, ossia gli antideutoni e gli antinuclei dell'elio. Grazie a un potente magnete superconduttore raffreddato con elio superfluido (in grado di mantenere le bobine interne, dove viene generato il campo, vicino allo zero assoluto per almeno tre anni), se ne potrà determinare la traiettoria e l'energia.

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