Il mondo allo specchio dell’antimateria

Qua e là in libri, film o fumetti ogni tanto spunta la misteriosa antimateria. Spesso, si sta sul vago riguardo cosa sia e cosa faccia, rendendola la versione “scientificosa” della magia.

Una creatura di “antimateria” spunta in un vecchio episodio di Doctor Who. credit: doctorwhofromthestart.wordpress.com

Ma l’antimateria esiste: la conosciamo così bene da sfruttarla anche in medicina. La sua scoperta è uno dei più grandi successi della fisica teorica. Allo stesso tempo, però, ci ha creato un bel grattacapo.

Tra gli anni Venti e Trenta, i fisici cercavano di mettere d'accordo la Relatività Speciale e la Meccanica Quantistica. L’unico modo per farle funzionare era introdurre una nuova, strana materia, uguale alla materia normale, ma al contrario. Erano come due persone allo specchio. Sono uguali e si muovono allo stesso modo, ma se una alza la mano sinistra, l’altra alza la destra. In termini di particelle, se una ha carica positiva, o spin in su, o altro, l’altra ha carica negativa, o spin in giù, o comunque tutto all’opposto. Era più del riflesso della materia, era quasi il suo gemello malvagio: la chiamarono antimateria.

credit: a113animation.com

Il nome viene da dove pensate che venga: dall’essere il contrario della materia. Come tutti gli opposti, quando materia ed antimateria si incontrano, si annullano. Spariscono in un istante, trasformandosi in pura energia—un processo chiamato annichilazione.

L’antimateria non era solo un trucco matematico: ben presto gli scienziati avvistarono le prime antiparticelle. Trovare l’antimateria fu un successo senza precedenti: la teoria aveva tracciato la via per scoprire un universo mai visto.

Ma perché era rimasto invisibile? Perché l’universo è di materia? Perché esiste? Non avrebbe dovuto annichilarsi* con un anti-universo uguale e contrario? Le leggi fisiche sono diversa per l’antimateria?

L’esperimento Alpha al CERN prova a rispondere almeno a quest’ultima domanda. Dopo essere riusciti a creare ed isolare degli atomi di anti-idrogeno—con anti-protoni, anti-elettroni e tutto—gli scienziati li hanno stimolati con luce laser. La reazione che hanno visto dall’anti-idrogeno è esattamente uguale a quella che conosciamo per l’idrogeno. Le leggi sembrano uguali anche per l’anti-materia.

Probabilmente siamo tutti di materia perché, dopo il Big Bang, ce n’era giusto un pochino di più. Da dove venga il microscopico equilibrio che ha regalato l’universo alla materia resta ancora uno dei più grandi misteri della scienza.

Una rappresentazione dello squilibrio materia-antimateria al Deutsches Museum di Monaco (Germania). La tanica di sabbia nera rappresenta l’antimateria all’origine dell’universo, quella bianca la materia—sono alte circa un metro, quella bianca contiene un singolo granello in più. credit: scilogs.spektrum.de

 

*Suona strano, ma quello è il verbo: materia e antimateria si annichilano.

Foto copertina: CC0 Julia Schwab/pixabay

Il colore dell’universo

Di che colore è l’universo? Da un lato si potrebbe dire che è trasparente: la luce attraversa il vuoto cosmico senza problemi. Dall’altro si potrebbe dire che è nero: a meno di guardare una sorgente di luce (tipo una stella), lo spazio è buio.

Entrambe le risposte sono giuste e sbagliate allo stesso modo.

Tutti gli oggetti irradiano onde elettromagnetiche a varie frequenze, in base alla loro temperatura. Più caldo è l’oggetto, più bassa è la lunghezza d’onda della luce che emette.

Il filamento di una lampadina ad esempio diventa bianco-giallastro quando si scalda abbastanza. Le stelle emettono luce più rossa o più blu a seconda di quanto sono calde. E anche le persone emettono continuamente luce infrarossa (quindi invisibile), perciò sono visibili anche al buio, usando gli strumenti giusti (gli “occhiali a infrarossi” dei film, per capirci).

soldiermod.com

Allo stesso modo, l’universo intero emette una debole luce. E siccome è veramente freddo (quasi allo zero assoluto) la luce è ancora più lontana da quello che i nostri occhi vedono. Ma se guardiamo il cielo con un telescopio sensibile alle microonde, percepiamo il suo “colore” ovunque, sempre uguale: la radiazione cosmica di fondo.

Analizzando la composizione di questa radiazione, tra l’altro, possiamo calcolare con estrema precisione la temperatura dell’universo. Prevedibilmente, è molto freddo, giusto un paio di gradi sopra lo zero assoluto.

Man mano che l’universo si espande, la sua lunghezza d’onda aumenta. Se riavvolgiamo le leggi della fisica e torniamo (molto) indietro nel tempo, possiamo arrivare ad un momento in cui questo bagliore era visibile anche per noi.

Era arancione.

 

 

Foto copertina: Colors, CC-BY-SA Mikel Seijas Alonso via Flickr. Some rights reserved.