Uno dei più grandi misteri del cosmo: chi ha rubato l'antimateria?

L'antimateria esiste, ma è "scomparsa" dal nostro Universo. Perché? I fisici al lavoro su diverse teorie

Foto di WikiImages da Pixabay

Nel precedente articolo di Spazio Curvo avevamo accennato a come la scomparsa dell'antimateria dal nostro Universo ci ponga davanti ad uno dei più grandi misteri ancora irrisolti della fisica. Oggi allora proveremo a fare un passo in avanti e a capire di cosa si tratta.

Innanzitutto ricapitoliamo quanto già sappiamo. L'antimateria esiste (leggi qui), e non è poi così diversa dalla materia: non è governata da strane leggi sconosciute o, come si chiedeva un lettore, dal tempo che scorre all'indietro. Pensate che, grazie al decadimento del potassio di cui è ricca, la banana nel vostro cesto della frutta emette un positrone, l'antiparticella dell'elettrone, ogni ora e un quarto circa. La famosa equazione di Einstein, E = m c^2, inoltre, ci dice che l'energia si può trasformare in massa e viceversa. L'energia è trasportata dai fotoni, il cui secondo nome è infatti "quanti di energia". Essi possono quindi trasformarsi in particelle con massa. La meccanica quantistica gli impone tuttavia di trasformarsi sempre in una coppia di particelle: una particella di materia e la relativa antiparticella, ovvero una particella con la stessa massa ma carica opposta. Se la particella e la sua antiparticella si incontrano, si annichilano: cioè scompaiono lasciando posto ai fotoni. In pratica, si tratta del processo contrario a quello descritto prima, entrambi osservati innumerevoli volte in esperimenti come quelli svolti al Cern.

Ora, se particelle ed antiparticelle vengono create sempre in coppia, ci aspettiamo che, nei primi istanti di vita, il nostro Universo sia stato popolato da una ugual numero di particelle ed antiparticelle che, incontrandosi nuovamente, si sono riconvertite in energia. In questo modo la formazione di strutture complesse come atomi e molecole sarebbe molto improbabile. In altre parole, noi non esisteremmo. Eppure siamo qui e sappiamo anche che tutte le strutture complesse che riusciamo ad osservare nell'Universo sono fatte solo di materia. Com’è possibile? Chi ha rubato l’antimateria?

Come detto prima, nessuno lo sa, ma ci sono alcune ipotesi su cui i fisici stanno lavorando. Una possibilità è che in realtà esistono in effetti uguali quantità di materia e antimateria, ma vivono in regioni separate dell'Universo e noi, con tutta la parte di Universo che riusciamo ad osservare, ci troviamo in una regione di sola materia. È la teoria della gravità inversa, secondo la quale la forza gravitazionale tra materia ed antimateria sarebbe repulsiva e questo avrebbe portato al confinamento dell’antimateria in una regione dell'Universo lontana da noi.

Un'altra ipotesi, più conservativa e verificabile, è che esista un meccanismo che nelle condizioni estreme successive al Big Bang abbia favorito leggermente la creazione di materia rispetto all'antimateria, così che per ogni miliardo di antiparticelle sarebbero nate un miliardo e una particelle. Tutte le antiparticelle si sarebbero poi annichilite con le particelle, e le particelle superstiti si sarebbero poi aggregate in atomi, molecole, e così via fino a galassie ed esseri viventi. Ma da dove viene questa asimmetria iniziale? Esistono meccanismi conosciuti che potrebbero spiegarla?

Il Modello Standard, ovvero l'attuale teoria fisica che descrive tutte le particelle conosciute e le loro interazioni ad eccezione della forza di gravità, ammette la presenza di una asimmetria, conosciuta come violazione della simmetria CP. Questa violazione di simmetria fa in modo che la materia si comporti in maniera leggermente diversa dall'antimateria, come confermato sperimentalmente per alcuni tipi di particelle. Quello che ancora non sappiamo è se questa diversità è sufficiente a risolvere l’enigma della scomparsa dell’antimateria. Al momento, diversi laboratori nel mondo stanno cercando di stimare la portata di questi effetti. Per esempio, è di soli quattro giorni fa la notizia, pubblicata su Nature, che i ricercatori della collaborazione T2K in Giappone hanno compiuto un importante passo in avanti nella determinazione della violazione CP per neutrini ed antineutrini. Se dovessimo scoprire che queste differenze non sono sufficienti, allora significherebbe che il Modello Standard è incompleto e deve essere integrato con quello che in gergo chiamiamo "nuova fisica": forse esistono particelle sconosciute che riusciremo a vedere con acceleratori più potenti, o forse abbiamo bisogno di nuove teorie che non riusciamo ancora nemmeno ad immaginare.

Può sembrare, come ogni tanto dice qualche lettore a proposito degli argomenti che trattiamo, che stiamo "parlando del sesso degli angeli" e "di cose che non avranno applicazione prima di mille anni". In realtà, anche se è vero che molte applicazioni di questi oggetti di studio arriveranno solo in futuro, oltre al desiderio di conoscenza in sé, ci sono tante applicazioni dirette o indirette di queste ricerche che già utilizziamo. Torniamo allora con i piedi per Terra.

L'antimateria non solo esiste, ma ha un ruolo chiave in uno strumento di indagine medica: la PET, tomografia ad emissione di positroni. Funziona iniettando al paziente una sostanza normalmente presente nel corpo con funzioni metaboliche (per esempio, uno zucchero), con l'aggiunta di un isotopo radioattivo. Quest'ultimo decade in breve tempo emettendo un positrone. Dopo un breve percorso il positrone incontra un elettrone producendo una coppia di fotoni che viaggiano in direzione opposta e hanno una ben precisa energia. Osservando i due fotoni e misurandone energia, direzione e tempi di arrivo allo scanner della PET, è possibile ricostruire con precisione la posizione in cui la coppia ha avuto origine. La PET ci permette quindi di sapere come la sostanza con funzione metaboliche si distribuisce nel corpo, il che dipende dal funzionamento (o non funzionamento) dei vari tessuti. Viene utilizzata in diversi ambiti tra cui la cardiologia, la neurologia, e, in particolare l’oncologia. Le cellule tumorali, infatti, hanno un metabolismo alterato, fino a 200 volte maggiore a quello delle cellule sane, che altera la distribuzione delle sostanze metaboliche rilevabile della PET. Se il positrone, e quindi l'antimateria, non esistesse, non avremmo un prezioso strumento per identificare i tumori e osservarne la risposta agli interventi terapeutici.

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Commenti
Ritratto di giùalnord

giùalnord

Dom, 19/04/2020 - 15:48

Chi ha rubato l'antimateria? Elementare Watson:è stato il PD!

Ritratto di diplomatico

diplomatico

Dom, 19/04/2020 - 16:04

La repulsività tra la massa di materia e antimateria è, a mio avviso, l'ipotesi al momento più plausibile. Super-ammassi di materia si alternano, nell'Universo, a super-ammassi di antimateria. Sarebbe interessante valutare se questa disposizione possa spiegare l'espansione dell'Universo: super-ammassi mutuamente repulsivi che tendono a "dilatare" lo spazio-tempo. E forse potrebbero esistere buchi neri di anti-materia...

Ritratto di diplomatico

diplomatico

Dom, 19/04/2020 - 16:24

Ciò che mi lascia perplesso è questo: se esistono ammassi di antimateria, come mai risultano "invisibili"? Al loro interno, la forza gravitazionale tra particelle di antimateria dovrebbe essere ATTRATTIVA, e quindi dare luogo a stelle, nebulose, galassie, ecc... come accade con la materia. Ma, se non erro, mai nessuno ha affermato di aver individuato una galassia di antimateria. A meno che non sia impossibile, poichè le manifestazioni fisiche a distanza (massa, luminosità, ecc) sono identiche, rendendole pertanto indistinguibili.

tremendo2

Dom, 19/04/2020 - 16:44

il tempo, lo spazio, materia ed antimateria non esistono come oggetti separati da noi. Sono solo nostre categorie mentali. Se avessero una esistenza fisica indipendente da noi, mi dite dove per esempio si trova la pazienza? Dovrebbe avere delle coordinate spazio temporali, e invece nessuno l'ha mai trovata. L'importante non sono le risposte, ma le domande. E' qui che si capisce se una persona è intelligente o no.

AjejeBrazow

Dom, 19/04/2020 - 16:55

L'agenzia delle entrate.

Ritratto di Nordici o Sudici

Nordici o Sudici

Dom, 19/04/2020 - 17:02

I comunisti.

Ritratto di Zizzigo

Zizzigo

Dom, 19/04/2020 - 17:32

La cosa più stupida che possa fare uno "scienziato" è quella di affrontare la fisica senza filosofia... non esistono teorie matematiche in grado di spiegare la Creazione, ma un buon cervello ce la può anche fare. L'antimateria non è stata rubata da nessuno, abita dove non siamo in grado di trovarla. E non dimenticate mai che non esisterebbe la luce, se non ci fosse il buio...

corivorivo

Dom, 19/04/2020 - 18:10

tra materia e antimateria ha vinto la materia, che non è certo materiale ma spirituale. mentre l'antimateria è certamente materiale come il materialismo storico, che infatti ha perso. cioè, non fatevi fuorviare dall'anti(fascismo, materia) che essendo solo "anti" non è mai propositivo(positivo) originale, creatore. tutti gli anti sono per definizione surrogati perdenti(copioni, invidiosi, permalosi, gne gne gne).

Surfer67

Lun, 20/04/2020 - 10:17

L antimateria a seguito del big bang potrebbe essersi distribuita ai confini dell'universo pertanto impossibile da rilevare. Oppure in maniera fantasistica in universi paralleli. Forse tra migliaia di anni si saprà qualcosa.

Klotz1960

Lun, 20/04/2020 - 12:37

Tagliare tutti i finanziamenti pubblici a chi e' dedito a queste oziose ed inutili tematiche

SpellStone

Lun, 20/04/2020 - 12:54

non vorrei rompere le uova nel paniere, ma mi sembra abbastanza chiaro che in una conversione a larga scala in massa (non una o due particelle in laboratorio) si hanno campi magnetici che tipicamente convogliano le particelle con la stessa carica nella stessa direzione. con la differenza che un positrone non ha la massa di un protone (stessa cosa per le negative) e quindi le 4 particelle hanno velocità e traiettorie diverse.... il resto sono calcoli.

VittorioMar

Lun, 20/04/2020 - 13:28

...se la TEORIA di ILLUSTRI SCIENZIATI e' giusta..Nulla si Crea e Nulla si Distrugge.ma tutto si trasforma...si deve capire in cosa si trasforma..ENERGIA...RADIAZIONI...Onde Magnetiche Ecc....che la SCIENZA si INTERROGHI ...

Ritratto di theRedPill

theRedPill

Lun, 20/04/2020 - 14:25

La teoria ora più accreditata è appunto che nel momento della creazione dell'universo attuale, il big bang, ci sia stato uno sbilanciamento fra materia e antimateria quindi dopo l'annichilimento iniziale quello che è rimasto è la materia; perché l'annichilazione sia totale questa reazione deve essersi verificata in un volume piccolo e poi la materia rimasta si è espansa andando a creare le galassie come le conosciamo ora; noi sappiamo dell'espansione grazie allo spostamento nel rosso dello spettro elettromagnetico (cioè il colore); quindi come si combina questo con la teoria che le galassie sono in realtà ferme ma è la misura che cambia?

investigator13

Lun, 20/04/2020 - 17:04

l'antimateria non può sparire altriemnti sparirebbe pure la materia se materia e antimateria sono complementari per esistere. Materia e antimateria si annullano quando si uniscono trasformando la materia in energia a scapito dell'antimateria che si annulla. Qui non è chiaro poi come l'antimateria si rigenera visto che la materia sotto forma di energia continua a esistere. e quindi pure l'antimateria dovrebbe ricompare. Cmq non essendo un fisico e nemmeno un matematico provo con un concetto filosofico. Nulla è distinto, tutto si completa in un solo corpo, in un elemento che è Dio creatore supremo di tutte le cose visibili ed invisibili.