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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