Re: Antimateria e cosmologia

From: Rob_jack <rob_jack_at_libero.it>
Date: Wed, 18 Jul 2001 13:38:53 GMT

"Jacopo Feliciani" <jacopo.feliciani_at_tin.it> ha scritto nel messaggio
news:111V6.20094$a44.236951_at_news1.tin.it...
> Scusate l'intromissione, ma la quantit� di materia e di antimateria creata
> in laboratorio, a cosa si riferisce? Ad esperimenti causali o appositi? La
> quantit� di materia e di antimateria create sono della stessa misura? Da
che
> cosa si riesce a creare materia e antimateria?

Se provi ad andare indietro nel tempo, ad epoche cosmologiche primordiali,
avrai un'energia kT *molto* elevata (k= costante di Boltzmann, T=
temperatura dell'universo). Ci� perch� l'universo primordiale era
estremamente caldo; espandendosi di raffedd�.
Adesso considera - giusto per fissare le idee - un elettrone; la sua massa a
riposo � m= 0.511 MeV (circa). Quando la temperatura dell'universo � tale
che kT=1 MeV, c'� energia sufficiente per la creazione di una coppia
elettrone- antielettrone (ci� � previsto dalla meccanica quantistica
relativistica). Andando sempre pi� indietro del tempo, kT aumenta e
assisterai sempre a processi di questo tipo che coinvolgono particelle via
via pi� massive. In questi processi particelle-antiparticelle appaiono
sempre in coppia, in caso contrario violeresti alcune leggi di
conservazione, come ad esempio quella della carica elettrica.

> Volevo sapere ci� per capire meglio le teorie esposte da Sackarov sulla
> bariogenesi e i successivi passaggi. Perch� in mondo materia ed
antimateria
> dovevano essere in proporzione esatta? Chi lo dice?

Le leggi di conservazione. Prima della bariogenesi, l'universo era
*barionsimmetrico*, nel senso che esisteva una simmetria tra materia e
antimateria. Stiamo in un'epoca cosmologica caratterizzata da una
temperatura (espressa in unit� energetiche) dell'ordine di 10^15 GeV. La
rottura di simmetria materia-antimateria � stata resa possibile grazie a tre
condizioni:
1) Violazione della conservazione del numero barionico;
2) Violazione della simmetria C e CP;
3) Queste violazioni devono avvenire fuori dall'equilibrio termodinamico.

Queste condizioni furono appunto esposte da Sackarov. Il numero barionico �
un numero quantico che obbedisce a una legge di conservazione di tipo
additivo. Detto in *termini mooolto pratici*, ti va a contare il numero di
barioni presenti in un dato processo subatomico. Attenzione: i barioni
rappresentano la materia ordinaria, ad esempio: protoni e neutroni. Un
elettrone invece non � un barione e gli si assegna B=0.
Tuttavia, la legge di conservazione del numero barionico non deriva da
principi primi, nel senso che � di carattere sperimentale. Leggi: viene
introdotta per far quadrare i conti, soprattutto per quanto riguarda la
stabilit� del protone. In ogni caso esiste ed � valida, per l'universo
attuale. Quando vai invece nell'universo primordiale, appunto a T>10^15 GeV,
questa legge non � pi� valida, nel senso che esistono processi che la
violano. Uno di questi � il decadimento del protone:

p-> pione(+)+pione(-)+antilettrone

Questo processo viola la conservazione del numero barionico perch� a
sinistra hai B=1 (c'� un protone), e a destra hai B=0. Quindi, questo
processo non pu� fare altro che manifestarsi quando era T>10^15 GeV. Inoltre
esso richiede la presenza di un bosone X, di cui si conoscono (o meglio si
postulano) i modi di decadimento in una coppia di quark o di un quark e di
un leptone, facendo poi i conti per l'antiX, ecc. E proprio qui interviene
il punto 2: il decadimento degli X viola la simmetria C e CP (C=coniugazione
di carica; P=parit�; CP=azione combinata dei due operatori C e P). Perci� ti
dovrai apsettare rapporti di decadimento differenti quando passi da un X
alla corrispondente antiparticella. Partendo da una distribuzione simmetrica
di X e anti X e facendo un p� di conti per quanto riguarda l'ammontare della
variazione del numero barionico, alla fine esce fuori che la concentrazione
dei barioni � diversa da quella degli antibarioni. Ci� avvenne quando era
T=10^15 GeV, la corrispondente et� dell'Universo � t=10^-36 s.
1+2 avvengono fuori dell'equilibrio TD, in caso contrario ogni variazione di
B verrebbe cancellata (non mi chiedere come, perch� non lo so:-)


Poi la materia oscura di
> cui non si hanno informazioni potrebbe contenere l'antimateria che non si
> riesce a rintracciare nell'universo.

Per quello che so io (ed � *moolto* poco:-) il grado di asimmetria
barioni-antibarioni � dell'ordine di 10^-8. Questo numero non � casuale,
perch� � legato all'entropia della radiazione riferita al singolo barione,
Precisamente, ne � il reciproco.


> L'animateria di laboratorio ne � stato studiato il comportamento, o se ne
> intuisce solo la presenza in quanto possiede elettroni di carica positiva?
>
> L'altra domanda � perch� la cosmologia che si interessa dell'origine del
> mondo si chiede chi abbia innescato il big bang e non eventualmente o
almeno
> in maniera del tutto vaga dell'esistenza del vuoto. Che cos'� il vuoto?
> ....secondo la cosmologia. Forse � una questione pi� filosofica?

*Bella* domanda. Il vuoto � l'insieme delle coppie di particelle virtuali.
Per il principio di indeterminazione di Heisenberg si hanno fluttuazioni
dell'energia che si possono manifestare attraverso la creazione di coppie
particella-antiparticella. Nella maggior parte dei casi queste coppie si
annichiliscono a vicenda. Spiegare attraverso il linguaggio comune cosa sia
il vuoto, penso sia impossibile.

Quando fai la domanda:"chi ha innescato il big bang", ti riferisci
ovviamente alla presenza di un Creatore dell'universo. Diciamo subito che
qui si esce dal dominio della fisica, per entrare in quello della
metafisica. Ci� � corroborato dal fatto che quando arrivi al tempo di
Planck: t=10^-43 s, la Relativit� Generale esce dal suo range di validit�,
perch� adesso gli effetti quantistici sono dominanti, e la RG � una teoria
classica. Per t<tplanck entri nell'era della quantum gravity, e ci sono
teorie (in via di sviluppo) che unificano l'interazione gravitazionale con
le rimanenti (vedi la M-theory, nelle sue diverse versioni).
Su come funzionano queste teorie e soprattutto quale stadio di sviluppo
hanno raggiunto, non so dirti nulla, perch� ancora le devo strudiare:-).
l'unica cosa che so � che esse richiedono una formulazione diversa delle
leggi fisiche a livello submicroscopico, poich� la gravit� quantistica ha
messo in crisi la nozione di uno spazio-tempo continuo. Conseguentemente, le
particelle non sono pi� quanti puntiformi come previsto dalle usuali teorie
di campo (vedi la QED), ma modi di oscillazioni di una stessa p-brana, vale
a dire una membrana p-dimensionale, essendo p un intero maggiore o uguale di
due, giacch� il numero delle dimensioni dello spazio-tempo della quantum
gravity � pari a 11. Pare che tutto si giochi (come al solito) sulla
simmetria e sulle sue rotture: l'universo si espande, quindi si
raffredda->rottura spontanea di simmetria. Nel caso della quantum gravity
hai una SUSY, cio� le teorie supersimmetriche che uniscono le due grandi
famiglie - i bosoni e i fermioni - in un unico multipletto. Per t<tplanck,
le 11 dimensioni erano fisicamente equivalenti, in seguito l'universo si
espanse e ci� determin� la distruzione di SUSY e quindi la compattazione
delle 7 extra-dimensioni (il processo di compattazione � attivato dal
compattone, un appropriato campo qauntistico). In *breve*: le 7
extradimensioni sono collossate o per lo meno osservabili ad energie moolto
elevate. Rimaniamo con le usuali 4 che compongono lo spazio-tempo che oggi
osserviamo.
Per quanto riguarda la *creazione dal nulla*, gi� � stato detto da qualche
parte, che l'universo potrebbe essere una fluttuazione del vuoto
quantistico. Penso che ci� non sia contro la religione. Anche se � in molti
siti web dedicati all'ateismo, sono stati presi a prestito argomenti di
cosmologia quantistica per spiegare la creazione dell'universo dal nulla,
dimostrando cos� l'assenza di un Creatore. Beh, in questo caso hai un ateo
che crede nel nulla, quindi gi� crede in qualcosa:-)

By Rob_jack
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Received on Wed Jul 18 2001 - 15:38:53 CEST