Antimateria:realtà o fantasia?

Trevisan sara

Liceo scientifico A.M. Roveggio

a. s. 2007\2008

Antimateria: realtà o fantasia?

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Indice

• Definizione 1
• L’antimateria e la sua storia 1
• L’antimateria oggi nell’universo 2
• L’antimateria intorno a noi 4
• L’antiprotone 5
• L’antimateria come fonte di energia 6
• Domande e risposte 7
• Glossario 8
• Sitografia e bibliografia 11

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Motivazione

Ho deciso di scegliere come argomento della mia tesina di maturità l’antimateria perché lo trovo molto interessante; è un argomento ancora poco conosciuto sia a livello personale che scolastico, ma è a tal punto innovatore e rivoluzionario che non può non colpire e suscitare interesse.

Quando sentiamo pronunciare il termine “antimateria” molto spesso o lo colleghiamo a qualcosa di fantascientifico, come per esempio l’astronave di Star Trek, o non sappiamo neanche di che cosa si stia parlando; siamo nella maggior parte dei casi inconsapevoli che oramai l’antimateria è una realtà e che nell’arco di quasi un secolo è riuscita a imporsi addirittura nella nostra realtà quotidiana.

È diventata infatti indispensabile nell’ambito medico e il suo studio a livello astrofisico è fondamentale per cercare finalmente di svelare i misteri che avvolgono l’universo. Milioni di fisici e scienziati in tutto il mondo hanno investito e investono tuttora le loro energie in essa perché credono nella sua portata rivoluzionaria e soprattutto che essa possa davvero essere un nuovo punto di partenza e una soluzione ai tanti problemi che affliggono l’uomo, come per esempio quello energetico.

Trattando di questo argomento, vorrei riuscire a dimostrare come quello che noi crediamo tanto distante e futuristico in realtà sia così vicino e importante. La scoperta delle antiparticelle e la loro relativa conferma sperimentale avvenuta nell’arco di molti anni è stato uno dei passi più importanti compiuti dalla fisica moderna e, sebbene la strada sia ancora lunga in quanto purtroppo si riesce a produrre antimateria ma non a conservarla, guardando indietro non si può che essere ottimisti.

Quindi alla domanda ”L’antimateria è realtà o fantasia?” penso si possa rispondere che è una grande realtà.

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L’antimateria

Definizione

L’antimateria altro non è che materia costituita da antiparticelle, ossia da particelle elementari che, per certi aspetti, possono essere considerate le immagini speculari delle particelle che formano la materia ordinaria.

Le antiparticelle sono in generale uguali alle corrispondenti particelle in tutto, tranne che per determinate proprietà fisiche, che risultano opposte; la più comune di queste è la carica elettrica.

Ad esempio, la particella di antimateria corrispondente all’elettrone è il positrone, che differisce dall’elettrone solo perché possiede carica elettrica positiva. Viceversa l’antiparticella del neutrone, l’antineutrone, privo di carica, si distingue dalla particella ordinaria per il segno del momento magnetico, una proprietà che determina il comportamento elettromagnetico della particella.

L’antiprotone è invece l’antiparticella del protone. In generale, tutti i parametri che descrivono le proprietà dinamiche delle particelle elementari, come la massa e il tempo di decadimento, sono identici per particella e antiparticella.

L’antimateria e la sua storia

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L’esistenza delle antiparticelle fu ipotizzata per la prima volta dal fisico britannico Paul-Adrien-Maurice Dirac, il quale formulò una teoria per il moto degli elettroni in campi elettrici e magnetici.

Nel 1928 egli arrivò a scrivere un’equazione fondamentale – divenuta poi famosa col suo nome – che gli permise di prevedere l’esistenza di una particella identica all’elettrone, ma dotata di carica positiva. La sua teoria infatti era in grado di descrivere le misure sperimentali in modo eccezionalmente preciso, ma portò ad una sorprendente previsione; ovvero che l’elettrone per l’appunto dovesse avere un’antiparticella con stessa massa ma carica elettrica opposta.

La conferma sperimentale dell’esistenza di tale particella, chiamata positrone, avvenne nel 1932 ad opera di Carl David Anderson, il quale osservò nei raggi cosmici una particella che si comportava come un elettrone ma aveva carica positiva.

Per scoprire l’antiprotone, l’antiparticella del protone, fu necessario attendere l’avvento di potenti acceleratori di particelle che accelerano protoni o elettroni fino a raggiungere energie elevate.

Negli anni ’50 un acceleratore a Berkeley, in California, raggiunse energie sufficienti per produrre antiprotoni e antineutroni, che vennero osservati tramite sofisticati apparati. La scoperta dell’antiprotone e la conseguente elaborazione della teoria sull’antimateria è da attribuirsi al fisico italiano Emilio Segrè.

Per questi studi di fondamentale importanza, nel 1959 riceverà con il collega Chamberlain il premio Nobel.

Negli anni seguenti gli acceleratori del CERN di Ginevra e di Brookhaven negli USA permisero di produrre ed osservare l’antideutone, poi acceleratori ancora più potenti permisero di produrre ed osservare, a Serpukhov in Russia e al CERN di Ginevra, gli antinuclei antielio 3 e antitrizio.

Recentemente antiatomi di anti-idrogeno (anti-H = anti-p + e⁺) sono stati prodotti al CERN, decelerando antiprotoni e antielettroni tenendoli “imbottigliati” nel vuoto tramite campi magnetici.

L’anti-idrogeno è più difficile da “imbottigliare” perché elettricamente neutro; la maggior parte degli antiidrogeni raggiunge una parete dove annichila con un atomo del mezzo.

Ad oggi si è riusciti a dimostrare l’esistenza di tutte le particelle previste dalla teoria di Dirac.

Caratteristica fondamentale dell’antimateria è il problema che essa non appena viene in contatto con la materia si annichilisce producendo energia; ecco perché quindi è così arduo il suo studio.

L’antimateria prima e oggi nell’universo

Secondo la teoria del Big Bang l’Universo ha avuto origine circa 15 miliardi di anni fa da una grande esplosione.