Roma – L’antimateria cade come la mela di Newton; anch’essa, come la materia ordinaria, è, dunque, soggetta all’attrazione della gravità. La scoperta, frutto della collaborazione internazionale dei ricercatori del progetto ALPHA e del CERN, in Svizzera, è stata pubblicata oggi sulla rivista Nature; uno sforzo sostenuto da più di una dozzina di paesi e istituzioni private, compresi gli Stati Uniti attraverso il National Science Foundation/Department of Energy Partnership in Basic Plasma Science and Engineering, e al quale l’Italia ha contribuito con l’Infn. Ora, gli scienziati, osservando l’andamento verso il basso dei singoli atomi di antidrogeno, hanno ottenuto una risposta definitiva: l’antimateria cade verso il basso.
Rappresentazione concettuale di un artista degli atomi di antiidrogeno che cadono dal fondo della trappola magnetica dell’apparato ALPHA-g. Quando gli atomi di antiidrogeno fuoriescono, toccano le pareti della camera e si annichilano. La maggior parte delle annichilazioni avvengono sotto la camera, dimostrando che la gravità sta spingendo verso il basso l’antiidrogeno. Le linee del campo magnetico rotante nell’animazione rappresentano l’influenza invisibile del campo magnetico sull’antiidrogeno. Nell’esperimento vero e proprio il campo magnetico non ruota. CREDITO Keyi “Onyx” Li/Fondazione nazionale scientifica degli Stati Uniti
La scoperta dimostra, per la prima volta, che, a conferma delle previsioni della relatività generale di Einstein, l’antimateria e la materia ordinaria sono attratte gravitazionalmente e smentisce le precedenti teorie per cui l’assenza di antimateria osservabile nell’universo sia dovuta ad un comportamento inverso dell’antimateria rispetto alla gravità. “Il successo della collaborazione ALPHA testimonia l’importanza del lavoro di squadra tra continenti e comunità scientifiche”, ha affermato Vyacheslav “Slava” Lukin, direttore del programma della Divisione di Fisica della NSF. “Comprendere la natura dell’antimateria può aiutarci non solo a capire come è nato il nostro universo, ma anche a rendere possibili innovazioni mai pensate prima, come la tomografia a emissione di positroni, che ha salvato molte vite per individuare i tumori cancerosi nel corpo”, ha aggiunto Lukin. L’antimateria è del tutto reale, ma misteriosamente scarsa. “Secondo la teoria della relatività generale di Einstein, l’antimateria dovrebbe comportarsi esattamente come la materia”, ha spiegato Jonathan Wurtele, fisico del plasma dell’Università della California di Berkeley e membro della collaborazione ALPHA. “Molte misure indirette indicano che la gravità interagisce con l’antimateria come ci si aspetta, ma fino al risultato di oggi nessuno aveva effettuato un’osservazione diretta che potesse escludere, ad esempio, che l’antiidrogeno si muovesse verso l’alto anziché verso il basso in un campo gravitazionale”, ha continuato ha continuato Wurtele, I nostri corpi, la Terra e la maggior parte di tutto ciò che gli scienziati conoscono nell’universo sono costituiti per la maggior parte da materia regolare, composta da protoni, neutroni ed elettroni, come gli atomi di ossigeno, carbonio, ferro e gli altri elementi della tavola periodica. L’antimateria, invece, è la gemella della materia regolare ma, con proprietà opposte. Ad esempio, gli antiprotoni hanno una carica negativa mentre i protoni hanno una carica positiva. Gli antielettroni, noti anche come positroni, sono positivi mentre gli elettroni sono negativi. “Tuttavia, forse la sfida più ardua per gli sperimentatori è che non appena l’antimateria tocca la materia, esplode”, ha dichiarato Joel Fajans, membro della collaborazione ALPHA e fisico del plasma dell’Università della California, Berkeley. La massa combinata di materia e antimateria si trasforma interamente in energia in una reazione così potente che gli scienziati chiamano annichilazione. “Per una data massa, queste annichilazioni sono la forma di rilascio di energia più densa che conosciamo”, ha aggiunto Fajans. Ma, la quantità di antimateria utilizzata nell’esperimento ALPHA è così piccola che l’energia creata dalle annichilazioni tra antimateria e materia è percepibile solo da rilevatori sensibili. “Tuttavia, dobbiamo manipolare l’antimateria con molta attenzione, altrimenti la perderemo”, ha detto Fajans. “In linea di massima, stiamo producendo antimateria e stiamo facendo un esperimento del tipo Torre di Pisa”, ha detto Wurtele, riferendosi al più semplice antenato intellettuale del loro esperimento, quello di Galileo del XVI secolo che dimostrò l’identica accelerazione gravitazionale di due oggetti con volume simile ma di massa diversa, lasciati cadere simultaneamente. “Lasciamo andare l’antimateria e vediamo se sale o scende”, ha proseguito Wurtele. Per l’esperimento ALPHA, l’antidrogeno è stato contenuto in un’alta camera a vuoto cilindrica con una trappola magnetica variabile, chiamata ALPHA-g. Gli scienziati hanno ridotto la forza dei campi magnetici superiore e inferiore della trappola fino a quando gli atomi sono riusciti a fuggire e l’influenza relativamente debole della gravità è diventata evidente. I ricercatori hanno ripetuto l’esperimento più di una dozzina di volte, variando l’intensità del campo magnetico, in cima e in fondo alla trappola, per escludere possibili errori. Hanno osservato che, quando i campi magnetici indeboliti erano esattamente bilanciati in alto e in basso, circa l’80% degli atomi di antidrogeno si annichiliva sotto la trappola, risultato coerente con il comportamento di una nube di idrogeno normale nelle stesse condizioni. Quindi, la gravità stava causando la caduta dell’antidrogeno. Nonostante alcune modeste fonti di antimateria, come i positroni emessi dal decadimento del potassio, anche all’interno di una banana, gli scienziati non ne vedono molta nell’universo. Tuttavia, le leggi della fisica prevedono che l’antimateria debba esistere in quantità approssimativamente uguali alla materia normale. Una potenziale spiegazione è che l’antimateria sia stata respinta gravitazionalmente dalla materia regolare durante il big bang, ma le nuove scoperte suggeriscono che questa teoria non sembra più plausibile. “Abbiamo escluso che l’antimateria sia respinta dalla forza gravitazionale e non attratta”, ha dichiarato Wurtele. “Questo non significa che non ci sia una differenza nella forza gravitazionale sull’antimateria, ha precisato Wurtele. “Solo una misurazione più precisa potrà dirlo”, ha aggiunto Wurtele. I ricercatori di ALPHA continueranno a studiare la natura dell’antidrogeno. Oltre a perfezionare la misurazione dell’effetto della gravità, stanno anche studiando come l’antidrogeno interagisce con la radiazione elettromagnetica attraverso la spettroscopia.”Se l’antidrogeno fosse in qualche modo diverso dall’idrogeno, sarebbe una cosa rivoluzionaria perché le leggi fisiche, sia della meccanica quantistica che della gravità, dicono che il comportamento dovrebbe essere lo stesso”, ha affermato Wurtele. “Tuttavia, non lo si può sapere finché non si fa l’esperimento”, ha concluso Wurtele. (30Science.com)
