Cosa sappiamo dell'Antimateria?
Scritto da: Luigi Maxmilian Caligiuri | Scienza e Fisica
Quantistica
Cosa sappiamo dell’Antimateria?
Viviamo in un Universo dominato dalla materia, fatta di
atomi a loro volta costituiti da protoni, neutroni ed elettroni che ne
determinano le proprietà macroscopicamente osservabili. Ma oltre alla materia
“usuale” di cui siamo costituiti e che sperimentiamo quotidianamente, ne esiste
di un’altra specie, molto meno comune, ma altrettanto importante nell’ambito
delle dinamiche dell’Universo, vale a dire la cosiddetta “antimateria”. Se non
fosse per via delle sue più intime caratteristiche essa apparirebbe del tutto
simile alla materia “ordinaria” e, a prima vista, indistinguibile da essa.
Ma di cosa è fatta, in realtà, l’antimateria?
È possibile definirla come “l’opposto della materia”?
E in che senso si può parlare di opposto?
L’antimateria può essere considerata come l’immagine
“speculare” della materia ordinaria, il suo “doppio” in un “universo alla
rovescia”, tale che se essa incontra la materia, le rispettive caratteristiche
complementari si cancellano reciprocamente dando luogo al fenomeno della cosiddetta
annichilazione, vale a dire la distruzione di entrambe con conseguente
emissione di pura energia sotto forma di radiazione gamma. In questo senso
l’antimateria può essere effettivamente considerata in senso letterale come
l’antagonista della materia.
La primordiale battaglia tra materia e antimateria
Ma se l’antimateria è presente nell’Universo come mai non
assistiamo continuamente a tali poderosi fenomeni di annichilazione
materia-antimateria ? Infatti, nel nostro Universo osservabile, per quanto siamo
in grado oggi di conoscere, la materia è ubiquitaria e rappresenta il risultato
di una primordiale “battaglia” tra materia ed antimateria svoltasi subito dopo
l’origine dell’Universo ovvero, secondo la teoria prevalentemente accettata,
negli istanti immediatamente successivi al Big Bang. Infatti, secondo tale
modello cosmologico, in seguito al Big Bang si sarebbero generate quantità
perfettamente uguali di materia ed antimateria, in particolare avendosi per
ogni quark un rispettivo antiquark e per ogni leptone (la famiglia di
particelle leggere cui appartiene l’elettrone) esattamente un antileptone.
Materia e antimateria sarebbero poi andate incontro a un processo noto come
“grande annichilazione” che avrebbe portato alla distruzione di gran parte
(tutta ?) dell’antimateria e alla sopravvivenza dei semi della materia che
avrebbero poi portato alla formazione delle strutture materiali del nostro
Universo e il cui residuo sarebbe rappresentato dalla cosiddetta “radiazione
cosmica di fondo a microonde” che pervade ancora l’Universo a miliardi di anni
di distanza dall’evento di annichilazione.
Ma se le quantità iniziali di materia ed antimateria
sottoposte al processo di grande annichilazione erano le stesse, come è
possibile allora che solo la materia sia, almeno per quanto ci è dato di
sapere, “sopravvissuta” al processo? La risposta a tale domanda e quindi alla
spiegazione dell’asimmetria materia-antimateria nell’Universo costituisce
infatti uno dei più grandi misteri della scienza ad oggi tuttora irrisolto.
Ma cosa differenzia la materia dall’antimateria ? Così
come la prima anche la seconda può essere composta da atomi e molecole, che
potremmo definire anti-atomi ed anti-molecole rispettivamente, le cui
caratteristiche appaiono, a tale scala, sostanzialmente indistinguibili da
quelle proprie della materia. Ciò significa che le differenze tra i due tipi di
materia e il dualismo che esse manifestano devono essere ricercati a un livello
ancora più fondamentale, ossia penetrando nella struttura più intima dei nuclei
atomici. La Teoria Quantistica Relativistica di Campo che rappresenta la
sintesi tra Teoria della Relatività Speciale e Meccanica Quantistica impone che
i costituenti più elementari della materia non possano essere costituiti
esclusivamente da particelle di materia ma che, per ciascuna particella
subatomica, debba esistere un’entità “speculare”, in grado di formare, al pari
della materia usuale, strutture atomiche e molecolari in apparenza simili a
queste ultima ma, in realtà, profondamente differenti da queste.
Ad esempio, è noto che le leggi fondamentali
dell’elettromagnetismo, l’interazione che garantisce la stabilità della materia
su scala macroscopica, risultano invarianti se si scambiano tutte le cariche
negative con delle cariche di uguale intensità ma segno opposto e viceversa. Se
supponessimo che tutti gli elettroni abbiano carica positiva anziché negativa e
i protoni carica negativa anziché positiva, ciò non determinerebbe alcuna
differenza macroscopicamente osservabile nel comportamento degli atomi e delle
molecole.
Tale scambio di carica trasformerebbe, effettivamente, la
materia in antimateria in modo tale che, ad esempio, un atomo di anti-idrogeno
sarebbe costituito da un anti-elettrone (di carica positiva) che interagisce
con un anti-protone (di carica negativa).
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