Re: ANTI MATERIA

From: Ulrich Laverdure <ulrich.laverdure_at_tiscalinet.it>
Date: 2000/02/16

Alberto wrote:
>
> C'� qualche buon santo che mi pu� spiegare brevemente che cos'� la famosa
> ANTI MATERIA, e il perch� � cos� importante - o perlomeno viene considerata
> tale - o comunque sa dove posso trovare informazioni su di questa?

Non e' facilissimo, ma ci provo, tanto qualcuno che mi corregge lo trovo
di sicuro :-)

Siccome non so veramente che pesci prendere per cominciare, ho deciso di
partire dalla prospettiva "storica".

A partire all'incirca dalla meta' degli anni venti di questo secolo ci
si comincio' a rendere conto che bisognava fare qualcosa per conciliare
le "nuove" teorie quantistiche con la teoria della relativita'.
(Parentesi: se non vado errato Schroedinger in realta', prima di
ricavare la sua famosa equazione d'onda, arrivo' a quella che oggi
conosciamo come eq. di Klein-Gordon: le difficolta' di interpretazione
di quell'equazione, che puo' essere interpretata correttamente solo
nell'ambito di una teoria dei campi, lo porto' alla ricerca di
un'equazione che fosse lineare nella derivata rispetto al tempo. E'
cosi' o ricordo male?). Il problema e' che quando cerchi di rendere
compatibili con la relativita' le eq. della meccanica quantistica,
ottieni (scusatemi il parlare grossolano, sarei felice se qualcuno mi
mostrasse come riuscire a spiegarlo facilmente in modo migliore) delle
soluzioni a "energia negativa", che non sono accettabili per un sacco di
buoni motivi che non ti sto qui a dire senno' facciamo notte. Il
contributo decisivo alla questione fu dato da Dirac: il quale trovo' la
celeberrima equazione che porta il suo nome. Ora, il problema e' che
anche l'equazione di Dirac (ora noi sappiamo che descrive il "campo"
fermionico, e non la funzione d'onda dell'elettrone) prevede soluzioni a
energia negativa, ma il merito di Dirac (a parte la sua iniziale
confusione con il protone: come scriverebbe Elio, anche Dirac ha detto
una c_at_ :-) fu quello di trovare un'interpretazione (piu' o meno)
coerente di queste soluzioni a energia negativa. Senza entrare nei
dettagli dell'idea originale di Dirac (che era "sbagliata"), ti diro'
solo che l'equazione di Dirac descrive due tipi di particelle:
l'elettrone e il "positrone", ossia una particella con la stessa massa
dell'elettrone ma carica opposta: il positrone e' l'antiparticella
dell'elettrone. Va notato che Dirac la "predisse" prima che fosse
scoperta sperimentalmente (nei raggi cosmici).

L'antimateria non ha nessuna caratteristica "magica", rispetto alla
materia: se vuoi, e' un tipo di "materia" con numeri quantici
(proprieta') speculari rispetto alla materia ordinaria. Questo fa si'
che l'interazione dell'antimateria con la materia puo' portare
all'annichilazione di entrambe, con la creazione di raggi gamma. Quel
che voglio dire, e' che se un positrone passa nelle vicinanze di un
elettrone possono succedere due cose: o le due particelle si "urtano" e
schizzano via (allo stesso modo in cui un elettrone puo' urtare un altro
elettrone o un protone, per esempio), oppure si "annichilano", creando
fotoni estremamente energetici. Per il resto, le leggi della fisica sono
"simmetriche" (be', quasi :-), e trattano allo stesso modo materia e
antimateria (per esempio, a quanto se ne sa, anche se credo siano in
corso esperimenti, la gravita' non distingue la materia
dall'antimateria). Cosi' come esiste l'antielettrone esiste anche
l'antiprotone, l'antineutrone, l'antineutrino eccetera. Alcune
particelle (il fotone, per esempio) sono antiparticelle di se' stesse.
Allo stesso modo in cui possono annichilirsi, una particella e la sua
antiparticella possono essere create "a coppie": per esempio se un
raggio gamma passa molto vicino a un nucleo, la sua interazione con il
nucleo stesso e' tale che puo' decidere di "scindersi" in un elettrone e
in un positrone. Nel vuoto questo non puo' accadere per motivi legati
alla conservazione del quadrimpulso (energia e quantita' di moto del
raggio gamma).

A questo punto ti potresti chiedere perche' il nostro mondo e' fatto
solo di materia, e non di un mix di materia-antimateria. Ci sono
fondamentalmente due tipi di spiegazione, anche se la prima che ti
esporro' e' abbastanza "fuori moda" (ci sono ragionevoli evidenze
sperimentali e teoriche che le cose non possono stare cosi').

Dunque, la prima spiegazione e' questa: l'universo e' composto in egual
misura da materia e antimateria. Solo che le due non possono "convivere"
nello stesso luogo a lungo (alla fin fine si annichilerebbero a
vicenda). Allora diciamo che per qualche meccanismo si creano "isole" di
disomogeneita': in alcune parti dell'universo la materia e' leggermente
piu' abbondante dell'antimateria, in altre parti vale il contrario. Ci
sara' stato nel passato un periodo di annichilazione, finche' nelle zone
con preponderanza di materia tutta l'antimateria e' scomparsa, lasciando
l'eccesso di materia (e il contrario nelle altre parti, ovviamente), col
risultato che l'universo adesso sarebbe composto da "isole" di materia e
antimateria ben separate le une dalle altre. Uno dei problemi di questo
tipo di spiegazione e' che dalle zone di "confine" dovrebbero
sprigionarsi un mucchio di raggi gamma, che noi non vediamo.

L'altra spiegazione (quella piu' comunemente accettata, anche se credo
che ancora non sia stata rigorosamente definita in tutti i dettagli)
riposa sul fatto che in realta' le leggi della fisica non sono
"esattamente" simmetriche tra materia e antimateria. Per motivi che
adesso sarebbe veramente troppo lungo spiegare, subito dopo l'inizio dei
tempi c'e' stato un leggerissimo eccesso di creazione di materia
rispetto all'antimateria (se non ricordo male una parte su dieci alla
nove). Tutta l'antimateria si e' annichilita con la materia, e
l'universo che osserviamo adesso e' il residuo di quell'evento.

ciao

-- 
http://web.tiscalinet.it/ulderico
Received on Wed Feb 16 2000 - 00:00:00 CET

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