La natura dell’antimateria

Sebbene le teorie suggeriscano che dovrebbero esistere quantità uguali di materia e antimateria, l’universo osservabile contiene prevalentemente materia

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La vera natura dell'antimateria
La vera natura dell'antimateria

L’antimateria è la gemella di quasi tutte le particelle subatomiche che compongono il nostro universo. La materia nello spazio si presenta sotto diverse forme: solida, liquida, gassosa e plasma. I diversi tipi di materia sono costituiti da particelle subatomiche che conferiscono massa e volume alla materia.

Queste particelle includono anche protoni e neutroni, elettroni, neutrini e una varietà di altre particelle nel Modello Standard della Fisica delle Particelle. Protoni e neutroni sono essi stessi costituiti da particelle conosciute come quark e gluoni. Tuttavia, la materia può avere un opposto sotto forma di antimateria. Effettivamente, tutte le particelle subatomiche della materia hanno un proprio, corrispettivo anti-gemello oppure si trovano a cavallo del confine tra materia e antimateria. 

Gli antiatomi

Le antiparticelle possono combinarsi per formare antiatomi e, in linea di principio, potrebbero persino formare regioni di antimateria del nostro universo. Gli scienziati ritengono che queste regioni di antimateria avrebbero le stesse proprietà fisiche, chimiche e altre proprietà.

Gli scienziati non hanno visto regioni di antimateria nel nostro universo, ma hanno creato abbondanti quantità di antiparticelle negli acceleratori di particelle e hanno persino creato antielementi e antiatomi. Conosciamo l’antimateria anche grazie alle antiparticelle create dalle collisioni dei raggi cosmici. Alcuni tipi di radioattività producono anche antiparticelle di antimateria.

Cosa sapere sull’antimateria

L’antimateria può sembrare incredibilmente lontana dalla vita quotidiana. Ma le normali banane producono antimateria, rilasciando un positrone, l’equivalente antimateria di un elettrone, circa ogni 75 minuti.

I neutrini potrebbero essere le loro stesse antiparticelle. Una particella di materia e il suo partner di antimateria portano cariche opposte, il che li rende facili da distinguere. I neutrini, particelle quasi prive di massa che raramente interagiscono con la materia, non hanno carica. Gli scienziati ritengono che possano essere particelle di Majorana, un’ipotetica classe di particelle che sono le loro stesse antiparticelle.



I ricercatori dell’acceleratore di particelle Relativistic Heavy Ion Collider presso il Brookhaven National Laboratory hanno scoperto l’equivalente di antimateria dell’elio. Questi piccoli progressi aprono le porte alla futura ricerca sull’antimateria e sul suo ruolo nel nostro universo.

I passi avanti nella ricerca

I programmi di fisica delle alte energie e di fisica nucleare del Dipartimento dell’Energia (DOE) sostengono la ricerca sull’antimateria da decenni come parte del coinvolgimento del DOE nella ricerca di fisica fondamentale.

L’Ufficio di fisica nucleare sostiene la ricerca per comprendere l’asimmetria tra materia e antimateria all’interno del suo portafoglio di simmetrie fondamentali. Ciò include esperimenti da tavolo estremamente sensibili che utilizzano neutroni e nuclei ed esperimenti su scala più ampia ospitati in laboratori sotterranei profondi alla ricerca del doppio decadimento beta senza neutrini, un decadimento nucleare previsto che creerebbe due leptoni senza alcun antileptone accompagnatorio, creando così più materia che antimateria.

L’Office of High Energy Physics (HEP) supporta il Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) progettato per rilevare i neutrini creati presso il Fermi National Accelerator Lab. DUNE dovrebbe essere in grado di stabilire se i neutrini contribuiscono in modo determinante a questa asimmetria. L’HEP supporta anche esperimenti presso acceleratori di particelle ad alta energia che cercano differenze tra materia e antimateria nel decadimento delle particelle pesanti create in collisioni ad alta energia.

Quindi che cos’è realmente l’antimateria?

L’antimateria è una forma di materia composta da antiparticelle, che sono “controverse” rispetto alle particelle di materia comune. Ogni particella di materia ha una corrispondente antiparticella con carica opposta. Ad esempio, l’elettrone ha come sua antiparticella il positrone.

Quando una particella di materia e la sua antiparticella si incontrano, si annichilano reciprocamente, producendo energia sotto forma di radiazione gamma. Questo processo è noto come annichilazione materia-antimateria. L’annichilazione è un’equazione simmetrica, il che significa che produce la stessa quantità di materia e antimateria. Questo fenomeno è stato sfruttato in alcune applicazioni, come le tomografie a emissione di positroni (PET) in medicina nucleare.

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