Cosmologia
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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