Molecole di antimateria potrebbero attraversare la galassia senza essere distrutte

L’antimateria da lontano dovrebbe essere difficile da trovare, si annichila quando incontra la materia normale e più spazio attraversa, maggiori sono le possibilità che queste particelle incontrino la loro fine.

Un esperimento su un collisore di particelle, però, suggerisce che alcune particelle di antimateria possono viaggiare attraverso la nostra galassia senza essere distrutte.

Si pensa che, nello spazio, la versione di antimateria dei nuclei degli atomi di elio – i nuclei di antielio – si formi quando i raggi cosmici entrano in collisione con atomi che fluttuano liberamente. Le teorie suggeriscono che sorgono anche quando particelle di materia oscura, una sostanza misteriosa che riempie la maggior parte dell’universo, si annichilano l’una con l’altra. Se venissero rilevati prodotti antinuclei in tali annichilazioni, potrebbero rivelare nuove proprietà della materia oscura.

Stefan Königstorfer dell’Università tecnica di Monaco in Germania ei suoi colleghi del Large Hadron Collider (LHC), volevano sperimentare se gli antinuclei creati nello spazio potessero arrivare intatti ai rivelatori nelle vicinanze della Terra.

Esperimenti al collisore di particelle del CERN suggeriscono che le particelle di antielio create dalla materia oscura nello spazio lontano potrebbero arrivare sulla Terra.

In primo luogo i ricercatori hanno misurato quanti nuclei di antielio vengono distrutti quando colpiscono la materia normale all’interno di un collisore di particelle. Utilizzando il rivelatore ALICE presso il laboratorio di fisica delle particelle del CERN in Svizzera, hanno analizzato le collisioni di protoni ad altissima energia e atomi carichi, che hanno prodotto sia nuclei di elio che nuclei di antielio. Entrambi dovrebbero essere prodotti in numero uguale, quindi i ricercatori hanno contato quanti nuclei sono sopravvissuti per dedurre quanti antinuclei si sono annientati contro l’acciaio, il carbonio e altri materiali che compongono il rivelatore ALICE (A Large Ion Collider Experiment).

Königstorfer ha affermato di aver usato questa “probabilità di scomparsa” in una simulazione al computer del viaggio dell’antimateria verso la Terra da uno spazio lontano, come il centro della nostra galassia. Le simulazioni di antinuclei create dalla materia oscura hanno mostrato che circa la metà di tali particelle sarebbe rilevabile vicino alla Terra indenne, anche dopo aver attraversato migliaia di trilioni di chilometri.

I ricercatori hanno anche simulato la creazione di antinuclei da parte dei raggi cosmici, che si ipotizza si formino in un minor numero di punti dell’universo e nascosti con energie più elevate di quelle create dalla materia oscura. Hanno scoperto che solo i più energici di loro avrebbero raggiunto la Terra in gran numero.

Ciò dimostra che qualsiasi nucleo di antielio a bassa energia che rileviamo sulla Terra probabilmente proviene dalla materia oscura, ha affermato Jonas Tjemsland dell’Università norvegese di scienza e tecnologia.

“Questo esperimento conferma che se un oggetto astrofisico per qualsiasi motivo produce antielio, possiamo rilevarlo vicino alla Terra con rivelatori standard. E il rapporto segnale-rumore sarà molto alto per la materia oscura”, ha affermato Tim Linden dell’Università di Stoccolma in Svezia.

Capire come gli antinuclei interagiscono con la materia interstellare è un’altra parte del puzzle, ma l’LHC potrebbe anche indagare su come si forma, ha detto Stefano Profumo dell’Università della California, Santa Cruz. Stefano Profumo sostiene che comprenderlo meglio potrebbe aiutare i ricercatori a mettere a punto le teorie della materia oscura.

Königstorfer e i suoi colleghi stanno ora pianificando tali esperimenti. L’esperimento Alpha Magnetic Spectrometer presso la Stazione Spaziale Internazionale potrebbe già rilevare antinuclei, e un altro rivelatore, il General AntiParticle Spectrometer trasportato da un pallone sopra l’Antartide, verrà lanciato presto.

Cos’è l’antimateria

L’antimateria è la materia costituita da antiparticelle, corrispondenti per massa alle particelle della materia ordinaria, ma aventi alcuni numeri quantici, come ad esempio la carica elettrica, di segno opposto. Le leggi che governano le combinazioni di antiparticelle a formare gli antielementi (o antiatomi) e le antimolecole sono simmetriche a quelle che governano la materia.

Quando una particella e un’antiparticella vengono a contatto si assiste al fenomeno dell’annichilazione, ovvero si ha la trasformazione della materia coinvolta in radiazione elettromagnetica sotto forma di fotoni ad alta energia (raggi gamma), oppure in altre coppie di particelle-antiparticelle, tali che la somma dell’energia totale, precedente e seguente l’evento, rimanga in ogni caso costante, in accordo al principio di conservazione della massa-energia. In determinate condizioni particelle e antiparticelle possono originare per tempi brevissimi particelle instabili, come i mesoni, o un atomo esotico, come il positronio.

Sebbene si ritenga che in origine materia e antimateria si equivalessero, nell’universo attuale è rilevabile antimateria in quantità esigua, di cui una parte prodotta dagli esperimenti, in tempi brevissimi annichilata dalla materia. La ragione che ha portato alla prevalenza della materia è oggetto di attivo studio.

Fonte: Nature