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LA NUOVA CONOSCENZA

martedì 28 gennaio 2014

MATERIA E ANTIMATERIA



da:  Dott. Giuseppe Cotellessa (ENEA)

http://www.lescienze.it/news/2014/01/22/news/antidrogeno_antimateria_modello_standard-1976908/

Un fascio di antidrogeno per indagare l'universo

Una collaborazione internazionale del CERN di Ginevra, di cui fanno parte anche ricercatori italiani dell'Istituto nazionale di fisica nucleare, ha prodotto per la prima volta un fascio di atomi di antidrogeno, il corrispettivo dell'idrogeno nel mondo dell'antimateria. Questo risultato dovrebbe permettere una verifica precisa delle previsioni del modello standard e potrebbe aiutare a risolvere uno di misteri della fisica, ovvero la prevalenza della materia rispetto all'antimateria nel cosmo.
 Dovrebbe permettere misurazioni più agevoli e più precise delle proprietà dell'antimateria e di verificare le previsioni del modello standard della fisica delle perticelle il nuovo metodo per produrre un fascio di atomi di antidrogeno descritto su “Nature Communication” da Naofumi Kuroda, ricercatore dell'Università di Tokio, e colleghi di un'ampia collaborazione internazionale, tra i quali Marco Leali, Evandro Lodi Rizzini, Nicola Zurlo e Luca Venturelli dell'Università di Brescia e della sezione bresciana dell'Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN), nell'ambito della collaborazione ASACUSA.
L'atomo di antidrogeno è il corrispettivo dell'atomo dell'idrogeno nel mondo dell'antimateria: è composto dall'antiparticella del protone, chiamata antiprotone, che ha la stessa massa del protone ma carica negativa invece che positiva, attorno a cui orbita un anti-elettrone, o positrone, cioè una particella con massa dell'elettrone ma con carica positiva, invece che negativa. Kuroda e colleghi hanno messo a punto una fonte di antimateria presso il deceleratore di antiprotoni del CERN di Ginevra, un dispositivo circolare che permette di immagazzinare le particelle, tipicamente elettroni, protoni e positroni.

Un fascio di antidrogeno per indagare l'universoUn elemento del complesso apparato sperimentale utilizzato nella collaborazione ASACUSA del CERN di Ginevra per lo studio dell'antimateria (cortesia CERN)

Nel nuovo apparato una serie di campi magnetici attentamente controllati permettono di miscelare antiprotoni e positroni. Da questa miscela, in opportune condizioni, è possibile ottenere un fascio di atomi di antidrogeno che viaggia in un una direzione definita, a differenza di quanto accade con i metodi di produzione di antimateria convenzionali. I ricercatori hanno prodotto ben 80 atomi di antidrogeno. Inoltre, dato ancora più rilevante del numero di atomi prodotti, questo fascio è stato fatto emergere dalla trappola magnetica in modo da essere analizzato con un rivelatore posto a 2,7 metri, un primato assoluto.
Il risultato ottenuto da Kuroda e colleghi sarà di notevole aiuto nella verifica del modello standard, che descrive la fisica che governa l'universo in termini di interazioni tra particelle e forze fondamentali. Il modello standard prevede che sia rispettata una fondamentale simmetria denominata CPT, ovvero che un sistema o un processo fisico sia descritto dalle stesse leggi del sistema ottenuto dal primo applicando tre trasformazioni: la coniugazione di carica “C”, che commuta ogni particella nella corrispondente antiparticella; la parità “P”, che inverte gli assi spaziali, come se il sistema fosse osservato in uno specchio; l'inversione temporale “T”, in virtù della quale il tempo scorre dal futuro al passato, come in un filmato fatto scorrere all'indietro.

Un fascio di antidrogeno per indagare l'universo


Rappresentazione schematica dell'apparato sperimentale: gli atomi di antidrogeno vengono prodotti nella trappola magnetica CUSP (rappresentata dalle linee di campo magnetico nella parte sinistra dell'illustrazione). Parte di questi antiatomi fluiscono verso la parte destra dell'apparato. Al termine della corsa, vengono rilevati.

 Questa simmetria ha una conseguenza sperimentale diretta: lo spettro della radiazione elettromagnetica emessa o assorbita nel passaggio dell'elettrone dell'idrogeno a livelli energetici diversi rispetto a quello di partenza deve avere un'esatta corrispondenza nell'atomo di antidrogeno. Ovvero, idrogeno e antidrogeno devono avere le stesse proprietà spettroscopiche.

Per poter effettuare studi spettroscopici dell'antidrogeno occorre superare due difficoltà sostanziali: la costruzione di complessi apparati per la produzione degli elusivi antiatomi, che tendono a decadere in frazioni infinitesime di secondo, e la necessità di usare intensi campi magnetici per il confinamento degli antiatomi in una "trappola magnetica". Se il "contenitore" fosse costituito di materia, un'eventuale contatto con l'antimateria distruggerebbe quest'ultima. La tecnica della trappola magnetica è usata nell'esperimento ALPHA del CERN di Ginevra, che ha ottenuto i maggiori successi nella produzione di antidrogeno: nel 2011, sono stati prodotti e intrappolati 112 atomi per 16 minuti, permettendo per la prima volta un'analisi spettroscopica di questa specie chimica del mondo dell'antimateria. L'accuratezza però era limitata proprio dalla presenza del campo magnetico, non permettendo di verificare la violazione di CPT in modo rigoroso.
Ora i risultati di Kuroda e colleghi aprono la strada a verifiche di questo tipo. "Il risultato appena pubblicato - spiega Venturelli dell'INFN di Brescia e dell'Università di Brescia che coordina il gruppo italiano della collaborazione - rende molto più concreta e vicina la possibilità di realizzare misure di precisione con gli atomi di anti-idrogeno". "E sondare le caratteristiche dell'antimateria  -  prosegue il ricercatore italiano - può aiutare a risolvere uno dei grandi misteri della fisica moderna: la prevalenza di materia rispetto all'antimateria nell'universo visibile".


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