Menu
Antimateria | Biochronicles

Angeli e demoni (e antimateria) al CERN

COME NON BISOGNA RACCONTARE L’ANTIMATERIA

Antimateria? CERN? Oddio esplode tutto… aspetta… ma anche no! Sai che la tua mano è attraversata da una particella di antimateria al secondo? E che in ospedale si usa antimateria come se piovesse? Non lo sapevi? Beh, allora è il caso di sfatare un po’ i falsi miti  generati da quel bravissimo scrittore di Dan Brown (Brown, 2006).

COS’HA RUBATO IL CATTIVO?

Il nostro universo è fatto di due componenti che possiamo toccare, la materia e l’antimateria. La materia è quello di cui siamo composti, elettroni, neutroni, protoni e tutti i mattoncini che compongono queste particelle (i quark) che compongono i nuclei e gli atomi.

Accanto a queste particelle ve ne sono di identiche, ma con la carica elettrica opposta. L’elettrone, (carica -1) ha la sua antiparticella chiamata positrone (con carica +1), così il protone con carica +1 ha il suo antiprotone con carica -1.

La scoperta teorica dell’ esistenza di queste particelle è da attribuire a Dirac, che nel 1928 cercando di far tornare i conti inserendo nella meccanica quantistica le equazioni di Einstein, si accorge dell’esistenza di queste particelle con il segno “sbagliato”.

PositronDiscovery

La loro scoperta sperimentale è da attribuire a Anderson e qualche mese dopo ed indipendentemente da Blackett e Occhialini, nel 1933, che hanno letteralmente fotografato un positrone in uno sciame di raggi cosmici.

I raggi cosmici sono tutte quelle particelle che arrivano dalla nostra galassia ed entrano nella nostra atmosfera. A causa delle collisioni tra queste particelle molto veloci e gli atomi in alta atmosfera si producono particelle di materia e di antimateria che viaggiano fino a noi.

MA NON ESPLODE? OVVERO ANNICHILAZIONE MATERIA-ANTIMATERIA

Materia ed antimateria si annichilano. Questa frase probabilmente ha dato facoltà a giornalisti di parlare di un buco nero al CERN, per puntare sullo spettacolo e sullo spauracchio. A dare una mano a questa disinformazione ci si è messo anche Dan Brown,  che fa esplodere sopra Roma una bomba “all’antimateria”. Annichilarsi significa che quando materia ed antimateria si toccano, essi diventano una particella di luce, un raggio gamma, anzi due nel caso di positrone ed elettrone. Senza esplodere, senza fare danni. Per di più il raggio di luce ha una frequenza che non può essere vista dai nostri occhi!

Inoltre al CERN vi sono esperimenti che trattano l’antimateria quotidianamente, e ne studiano alcune proprietà fondamentali. Si riescono a creare degli antiatomi, stati legati di un antiprotone ed un positrone, così da ottenere un atomo anti-idrogeno. Questo antidrogeno viene letteralmente fatto cadere, per misurare se la gravità agisce allo stesso modo sulle due componenti del nostro Universo.

E quando arrivano a terra… semplicemente “puff”: un piccolo bagliore di luce letto da macchine sofisticatissime e nulla più.

Altra cosa che accade nei film e che non accade nella vita reale è trovare una provetta con del materiale che sbrilluccica all’interno. L’antimateria non brilla!

QUANTA NE ABBIAMO E DOVE LA TROVIAMO?

L’antimateria si trova in tutti i Mesoni, particelle composte da due quark, uno di materia ed uno di antimateria. Questi mesoni, che possono essere pioni, kaoni, particella J/Psi, ed un lungo elenco che si può trovare nel Particle Data Booklet (la tavola periodica dei fisici delle particelle), arrivano principalmente dai raggi cosmici, in natura, e vengono prodotti nei decadimenti radioattivi (PDG, 2014).

Artificialmente vengono prodotti nei grandi acceleratori. I mesoni sono particelle particolari, poiché sono composti a metà tra materia ed antimateria, mentre i positroni, gli antiprotoni ecc, sono particelle completamente fatte di antimateria.

La Main Question ora è: quante ne contiene l’universo? ma se sono identiche perché l’universo è composto da quella che noi chiamiamo “materia ordinaria”?

Per rispondere a questa domanda dobbiamo tornare al Big Bang, ed ad un concetto che in fisica è chiamato rottura spontanea della simmetria.

Cominciamo da quest’ultimo…

La rottura della simmetria è quella cosa che accade quando mettete una palla in equilibrio su una collina. Lei potrà cadere a destra o a sinistra, non vi è nulla che vieti di andare di qua o di la, ma quando cade dovrà per forza scegliere una posizione, e non potrà stare da entrambe le parti. Così allo stesso modo il nostro universo è caduto pochi istanti dopo il Big Bang verso la materia ordinaria, lasciando solo qualche briciola di antimateria qua e la. Alcuni esperimenti hanno misurato la concentrazione di antimateria nell’universo e sembra che ce ne sia un pochino in più del dovuto. Questo potrebbe essere spiegato, ed aiutare a spiegare, alcuni dei misteri su cui i fisici lavorano ancora assiduamente. Uno fra tutti: la materia oscura.

CMB Timeline | Biochronicles

ED ORA CHE CE NE FACCIAMO?

L’antimateria oggi è utilizzatissima in medicina. Soprattutto è fondamentale per la diagnosi precoce dei tumori. L’esame chiamato PET (positron emission tomography) sfrutta i positroni per identificare la posizione dei tumori. Viene creato un isotopo radioattivo che decade emettendo positroni, viene legato ad uno zucchero e iniettato in corpo. I tumori hanno un metabolismo che richiede 10 volte la quantità di cibo rispetto alle cellule sane. Così facendo nelle masse tumorali ci saranno un numero maggiore di decadimenti radioattivi. Qui i positroni che vengono emessi appena toccano un elettrone emettono due raggi di luce back to back, con un energia ed una direzione molto precisa. Con dei macchinari speciali è possibile ricostruire la posizione del tumore con una precisione di qualche millimetro e senza sottoporre il paziente a esami molto più invasivi.

Pet | Biochronicles

Sempre in esperimenti con grandi acceleratori l’antimateria e le sue iterazioni con la materia normale sono studiate per capire le possibili applicazioni in medicina. Ad oggi le cure più efficaci contro i tumori non operabili sono date dalle radiazioni (radioterapia o adroterapia) ma l’antimateria sembra che possa offrire una maggior precisione con ancora meno danni al paziente.

La ricerca va sempre avanti, dalla ricerca di base, da un’equazione, il tentativo di superare un indovinello matematico che la natura ci stava facendo. Siamo arrivati a tecnologie avanzatissime che oggi, oltre a regalarci l’emozione di comprendere l’universo in cui viviamo, ci danno la soluzione a problemi di salute, che fino a pochi anni fa sarebbero stati incurabili.

BIBLIOGRAFIA

A cura di Luca Malinverno. Revisionato da Federico Gessa e Claudio Baldrati


About the Author : Luca Malinverno

Fisico Sperimentale e topo da laboratorio. Ama la montagna e la sua arma segreta è l'immancabile agenda.

2 Comments
  1. Marco 29/07/2015 at 14:23 - Reply

    Come dici tu un atomo di antimateria che annichila produce luce e non ha certo gli effetti di una bomba, ma cosa succede se ad annichilire é un grammo di antimateria? Anche in questo caso “solo” tanta luce?

  2. Luca Malinverno 30/07/2015 at 09:40 - Reply

    In effetti si, solo ‘tanta luce’… con tanta luce intendiamo tantissima radiazione, quindi si ha quello che capiterebbe scaldando molto l’aria, non un esplosione, ma sicuramente non farebbe bene, anzi! Per sapere bene quali e quanti danni ti rimando alla pagina di wikipedia! Se hai dubbi chiedimi pure! 😉
    https://en.wikipedia.org/wiki/Antimatter_weapon

Leave a Comment

Your email address will not be published.

Related post

  TOP