Roma – Per capire la portata della notizia dobbiamo fare un piccolo sforzo di comprensione della teoria alla base. Che cos’è l’antimateria? Le particelle che si identificano come anti-particelle sono, come la particelle stesse, soluzioni particolari dell’equazione di Dirac. Questa ha due insiemi di soluzioni: quelle con energia positiva e quelle con energie negative.
Queste ultime però non hanno un’interpretazione “standard” e Dirac ha proposto di interpretare le antiparticelle come l’assenza di una particella di energia negativa sotto la superficie di Fermi. Purtroppo questo concetto è molto complesso da spiegare senza ricorrere alla matematica, ma accontentiamoci del fatto che, data questa interpretazione, si preservano tutti i requisiti della meccanica quantistica e della relatività speciale.
Detto questo, una caratteristica importante delle antiparticelle è quella di avere la stessa massa, lo stesso spin, ma carica opposta alla sua compagna tradizionale. Non tutte le particelle hanno una antiparticella, ma tra quelle fortunate ci sono gli elettroni e i protoni, e quindi si può ipoteticamente costruire un anti-atomo. Questo è stato fatto, anche se con estrema difficoltà, perché una particella e una antiparticella hanno la peculiarità di annichilarsi, cioè di decadere in un altra particella che si chiama fotone, cioè un lampo di luce. Questo fenomeno ha l’effetto di ridurre i tempi di vita della antimateria, la si produce e in poche frazioni di secondi si annichila. Quindi costruire stati legati come anti-atomi o antimateria potrebbe essere un modo per avere un po’ più di vita media.
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
L’interazione gravitazionale sente l’energia di una particella e come ci insegna Einstein l’energia di un particella è un mix di energia cinetica e energia di riposo data massa per la velocità della luce al quadrato e quindi quando si vuole studiare l’interazione gravitazionale bisogna pertanto capire come le particelle si muovono nello spazio curvo dovuto ad un pianeta o una stella. Tutto ciò è capito molto bene e non ci sono misteri. Le particelle e le antiparticelle si muovono nel campo gravitazionale allo stesso modo.
Tuttavia ci sono due punti cruciali che giustificano gli esperimenti in oggetto. Il primo punto cruciale è nella fisica delle particelle. Esiste una asimmetria tra particelle e antiparticelle perché alcune simmetrie discrete che ci dicono che ciò che vale per le particelle è vero anche per le particelle sono solo approssimate. Questa piccola asimmetria potrebbe essere responsabile anche di un comportamento diverso a livello gravitazionale. Il secondo punto è che la gravità di Einstein è una teoria solo classica e non quantistica, quindi conoscere piccole differenze di comportamento degli atomi rispetto agli anti-atomi potrebbe essere una porta sulla nuova fisica e sulla teoria quantistica della gravità.
Quindi esperimenti di precisione, con anti-atomi potrebbero rivelare piccole asimmetria del comportamento che avrebbero una risonanza interessante sulla parte della teoria che non conosciamo. Ricordiamoci che l’asimmetria tra materia e anti-materia che si vede nell’universo non è compresa e l’asimmetria che ho descritto prima tra particelle e antiparticelle non è sufficiente a giustificare l’abbondanza di materia. Quindi l’interazione gravitazionale magari è cruciale per capire questo importante fatto del nostro universo, da cui la giustificazione per questi bellissimi esperimenti. Usare anti-atomi che sopravvivono un po’ più a lungo di un singolo positrone e capire come cadono nel campo gravitazione, confesso, è molto affascinante. (30Science.com)
