L'ANTIMATERIA
Produzione dell'antimateria
Gli antielettroni, dotati di una massa molto piccola, possono essere prodotti con relativa facilità a partire dalla radiazione elettromagnetica. Ottenere antiparticelle più pesanti è però molto più complicato. Ciononostante, esse vengono create ormai abitualmente, e questo avviene soprattutto grazie a un brillante trucco escogitato da Bruno Touschek nel 1960.
Il fisico italiano partì dalla considerazione che gli antielettroni
non solo possono essere ottenuti con facilità, ma possono anche essere
accelerati senza troppe difficoltà fino a grandi velocità, acquistando
così enorme energia. Se si riescono a far scontrare gli antielettroni
con elettroni che viaggiano ad uguale velocità ma nel senso opposto,
si crea un'enorme quantità di energia, utilizzabile per creare nuove
coppie di particelle ed antiparticelle, anche dotate di massa molto grande.
Touschek dimostrò che simili scontri sono realizzabili grazie a particolari
strutture ad anello in cui, per effetto di un intenso campo magnetico, elettroni
ed antielettroni adottano la stessa traiettoria ma girano in senso opposto:
l'Anello di Accumulazione, ideato appunto da Bruno Touschek.
Il primo strumento di questo tipo venne realizzato nei Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) dell'INFN all'inizio degli anni '60 e prese il nome di AdA (Anello di Accumulazione): aveva un raggio di appena un metro, ma era il prototipo di una serie di acceleratori di particelle che avrebbero consentito eccezionali scoperte. L'ultimo di essi è il LEP (Large Electron Positron collider) ai laboratori del CERN (Centro Europeo per la Ricerca Nucleare) di Ginevra, che ha un diametro di 9 chilometri.
Nel 1995 gli scienziati sono riusciti a produrre atomi di antidrogeno, e
anche qualche nucleo di antideuterio, composto da un antiprotone e da un antineutrone,
ma nessun antiatomo più complesso è ancora stato creato.
In linea di principio possono essere costruiti antiatomi di qualsiasi elemento
noto, partendo semplicemente dalle antiparticelle di base, che possono essere
create con facilità. Comunque la produzione in grandi quantità
di antimateria sembra poco probabile, almeno per il futuro ipotizzabile.
I positroni e gli antiprotoni possono venire conservati in un apparecchio
noto come Trappola di Penning, che usa una combinazione di campi magnetici
ed elettrici per tenere le antiparticelle in un vuoto assoluto.
Due consorzi internazionali, ATRAP e ATHENA, hanno utilizzato questo sistema
per conservare migliaia di atomi lenti di antidrogeno già a partire
dal 2002.
La finalità di questi consorzi è quello di
testare il livello energetico degli atomi di antidrogeno, per poi compararlo
con quello dell’idrogeno, allo scopo di verificare la Simmetria CPT.
Un modo di farlo è quello di confinare gli antiatomi in un campo magnetico
non omogeneo (non si possono utilizzare campi elettrici perché gli
antiatomi sono neutri), per poi analizzarli con un laser.
Poiché gli antiatomi con troppa energia possono sfuggire alla trappola
magnetica, è essenziale che abbiano la minor energia possibile: questa
è la principale differenza fra l’antidrogeno prodotto nel 1995,
che si muoveva a velocità prossime a quelle della luce, e quello prodotto
dai consorzi ATRAP e ATHENA, che viene prodotto a temperature, e quindi energie,
bassissime.
