Dario Russo ha scritto:
> La scoperta della prima antiparticella (il positrone) avvenne alla
> fine degli anni Venti per merito di Dirac. Egli era intento a trovare
> una soddisfacente equazione relativistica dell'elettrone. Questa
> ricerca lo port� alla formulazione della meccanica quantistica
> relativistica, teoria che attualmente descrive con successo il
> comportamento di tutte le particelle note.
> Tale teoria prevedeva per ogni particella dotata di carica l'esistenza
> di un'altra particella dotata di massa identica e carica opposta:
> quella che oggi chiamiamo antiparticella. Da qui egli ipotizz�
> l'esistenza di tale particella.
> Ho letto queste righe di cui sopra in un giornale scientifico,ora la
> mia domanda e`: da dove si evince nella teoria della meccanica
> quantistica che DEVE esistere tale particella ?
Antonella Capuano ha scritto:
> Scrivo solo per dire che mi associo alla domanda posta da Dario, ho
> anche io la stessa curiosita`. Anche se penso che per la persona che
> eventualmente voglia risponderci, sia molto arduo scrivere in poche
> righe una risposta che presumo invece essere molto lunga. In ogni caso
> affidiamoci alla bravura di chi vorra`risponderci .
Per cominciare, scusate il ritardo: mi pare che in questi giorni il NG
avvia avuto qualche problema, e diversi post li ho visti da poco.
Antonella non ha torto: la risposta non e' per niente semplice. Non
per un problema di lunghezza, ma per le conoscenze che si dovrebbero
presupporre per dire cose accettabilmente corrette.
Cominciamo pero' con una considerazione generale: nessuna teoria
pretende che *debba* esistere qualcosa.
Al piu' si potra' dire: se le ipotesi che ho fatto sono corrette, ne
concludo che dovrebbe esistere questa tale particella (o questo tale
pianeta, o altro).
Ma nel caso di Dirac la cosa e' ancora meno diretta...
Cercando di essere breve ma di salvare l'essenziale: l'equazione di
Dirac di cui stiamo parlando doveva descrivere l'elettrone, che ha spin
1/2. Cio' significa che era giusto aspettarsi delle soluzioni con due
possibilita', corrispondenti alle due componenti dello spin in una
data direzione: +1/2 e =1/2.
L'eq. di Dirac era perfettamente soddisfacente per altri versi: per
es. perche' prevedeva correttamente anche il momento magnetico
dell'elettrone, che fino allora era noto ma di cui non si capiva come
mai avesse il valore che ha. Pero' portava a 4 possibilita' anziche'
2, e il peggio e' che 2 delle possibilita' sembravano corrispondere a
valori negativi dell'energia.
Dopo un po' di tentativi, Dirac approdo' all'idea che forse gli stati
di energia negativa (o meglio, i "buchi" nel "mare" di questi stati)
stessero a rappresentare particelle di carica opposta all'elettrone,
ma simili peril resto: appunto le antiparticelle.
Se cosi' stavano le cose, elettrone e positrone dovevano apparire
insieme, quando un elettrone saltava da uno stato del mare di energia
negativa a un normale stato di energia positiva.
E viceversa, il salto opposto sarebbe stato da vedere come una
"annichilazione" di un elettrone con un positrone.
Era un'idea, una proposta, una congettura, chiamatela come volete:
non c'era niente di obbligato, almeno a quel punto.
Nel 1932 Anderson scopriva che i positroni esistono davvero, e con le
proprieta' previste.
Anni dopo, l'idea di Dirac sarebbe stata riformulata in modo diverso,
con la nascita della teoria quantistica dei campi, e in particolare
dell'elettrodinamica quantistica.
A quel punto Pauli scopri' che una teoria di campo (quantistica e
relativistica) *deve* avere una proprieta' di simmetria, la quale
implica la necessaria esistenza di antiparticelle.
E' il famoso teorema TCP (o CPT).
Il "deve" sta proprio a significare che e' un teorema: ossia che se
la teoria soddisfa a certi requisiti generali, e' necessaria
conseguenza la simmetria che ho detto, e quindi le antiparticelle.
Ma badate bene: nessun teorema obbliga la realta'.
Se scopriamo che le cose vanno come la teoria prevede, siamo felici, e
diamo fiducia alla teoria. Ma potrebbe anche darsi che le cose non
tornino, e allora ci sarebbe poco da fare: occorrerebbe rinunciare
alla teoria e ai suoi teoremi, anche se sono tanto belli...
Temo che parecchie cose che ho scritto vi saranno suonate alquanto
astruse, per le ragioni che avevo premesso. Ma d'altra parte, sapete
bene che per capirci un po' per davvero ci vogliono 4 o 5 anni di
studio universitario: nessuno, per quanto bravo :) puo' condensarli
in poche righe...
Vale pero' la pena di concludere con una riflessione filosofica.
Questo delle antiparticelle e' uno di quei casi in cui una teoria
"creata dal nulla" si dimostra capace di prevedere realta' fin'allora
sconosciute.
Ce n'e' abbastanza per un'interpretazione platonica: la "vera realta'"
sta nelle strutture matematiche.
Dirac la pensava abbastanza cosi' (ma non del tutto). Altri la vedono
diversamente, ma certo con esempi di questo genere bisogna farci i
conti.
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Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Received on Tue Jan 13 2004 - 21:20:27 CET
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