L'antimateria

L'ANTIMATERIA

La meccanica quantistica aveva teoricamente previsto, per ogni particella elementare, l'esistenza di un'antiparticella; sperimentalmente nel 1932 è stato scoperto l'antielettrone ( elettrone positivo o positrone) e soltanto nel 1956 l'antiprotone( cioè il protone con carica negativa). In pratica l'antiparticella consiste in una particella elementare avente massa uguale , ma altre caratteristiche proprie (per esempio la carica) opposte a quelle di particelle più comuni.

Nel nostro mondo fisico le particelle sono di gran lunga più numerose delle antiparticelle, e ci comporta che la vita media di queste ultime sia brevissima; infatti quando particella e antiparticella si incontrano, avviene il fenomeno dell'annichilazione, cioè entrambe scompaiono e l'energia corrispondente alla loro massa si manifesta sotto altra forma (per esempio con formazione di due fotoni nel caso dell'incontro elettrone-positrone). L'ipotesi di un'anti-materia è nata nella moderna fisica atomica dalla scoperta di particelle instabili e di carica negativa, non esattamente classificabili come facenti parte della materia, in quanto dotate d'una vita diversa da quelle delle particelle elementari permanenti che costituiscono il nucleo atomico, quali l'elettrone, il protone e il neutrone (nucleoni).

Gli studi sulle proprietà dei raggi cosmici, iniziati nei primi anni del XX sec., già rivelarono l'esistenza, nei raggi, di corpi isolati di una natura straordinariamente penetrante. Sottoponendo questi a particolari processi di osservazione, come l'analisi fotografica delle loro impressioni compiuta con speciali emulsioni fotografiche da Skolbeltsyn e Powell e l'uso della cosiddetta tecnica della «camera obbligata», si scoprì che erano delle particelle che sotto l'impulso di una grande forza di accelerazione potevano penetrare nell'atomo disintegrandolo e in alcuni casi provocarne l'esplosione con produzioni di energia.

A tali corpi o particelle individuate nei raggi si diede il nome di mesoni. Essi differivano dai nucleoni, soprattutto per il fatto che mentre questi ultimi mostravano avere una vita permanente, i mesoni (più leggeri dei protoni) sembravano vivere solo per un tempo brevissimo, in genere frazioni infinitesimali di secondo, ed essere caratterizzati da grande instabilità.

Le successive ricerche sui mesoni compiute nei laboratori atomici nord- americani ed europei portavano alla scoperta di altre particelle instabili quali gli iperoni (più pesanti dei protoni) del tipo lambda, sigma e X, non costituenti della materia; contemporaneamente si provava l'esistenza di controparti caratterizzate come anti, corrispondenti di particelle instabili o anche non, come l'anti-protone (v.), l'anti-sigma zero, l'anti-sigma più (v.), l'anti-sigma meno (v.), l'anti-X zero. Alcuni di questi anticorpi venivano osservati sperimentalmente, altri solo supposti.

La scoperta delle particelle instabili e delle particelle-anti fornite di carica negativa (alcune delle quali si sono potute generare anche artificialmente attraverso potenti acceleratori) ha posto problemi nuovi, tali da rivoluzionare la concezione che finora si è avuta sulla struttura e composizione della materia. I quesiti sollevati da tali problemi sono i seguenti: 1) è la materia un qualcosa già organizzato e strutturalmente fissato (una materia permanente), oppure è essa soggetta a continui mutamenti, dovuti a continue reazioni che incessantemente la trasformano? 2) è lecito parlare, tenendo di vista il continuo trasformarsi o alterarsi della materia, d'una evoluzione della materia stessa e quindi dell'intero universo? 3) le controparti negative o le parti instabili non costituenti normali del nucleo atomico, hanno una loro vita oggettiva? Se sì, esiste allora accanto al mondo della materia di carica positiva un mondo antitetico di carica negativa o mondo dell'anti-materia

Il divenire come unità dell'universo. La risposta a questi quesiti è stata solo in parte data sulla base dell'astrazione e del calcolo ipotetico; per un'altra parte le indagini, durante gli anni dopo il 2° conflitto mondiale, hanno portato a dati positivi di conoscenza. Per il mondo della materia, appare confermato che: 1) il permanente non esiste; tutto ciò che è ai nostri occhi, non è altro che il momento apparente di una distruzione in atto. I sistemi stellari come quello solare (la cui formazione va calcolata 9 miliardi di anni fa) si sono prodotti attraverso processi non dissimili da quelli che si possono artificialmente creare in una pila atomica; 2) la moderna astrofisica con l'ausilio di telescopi di gran lunga più potenti che non nel passato ha potuto accertare, nel compiere la misurazione delle distanze e grandezza delle nebulose, che l'universo è in espansione, in quanto le nebulose si allontanano nello spazio (scoperta della riga rossa), e che quindi miliardi di anni fa esso era più piccolo. Tale espansione potrebbe provare un'evoluzionismo dell'universo, come conseguenza della trasformazione della materia. D'altra parte fu anche avanzata l'ipotesi (Lemaitre, 1927) dell'origine dell'universo da un unico atomo, un vero e proprio uovo cosmico, esploso alcuni miliardi di anni innanzi producendo energia pura, che a sua volta, in un processo di creazione e distruzione, ha dato luogo al mondo attuale, il quale, proprio in base alle componenti instabili e alle controparti negative, non è definitivo. Questo in un certo senso può essere provato anche dall'osservazione astronomica, che ha accertato che alcuni sistemi stellari sono ancora in formazione, alcuni sono di formazione più recente rispetto agli altri e infine altri sono in via di disgregazione; 3) già nel 1930 lo scienziato inglese Dirac, in un tentativo di risolvere i problemi della fisica quantistica (secondo una formula in cui la differenza tra a x b e b x a è una quantità 4phÖ-1), postulava, puramente sulla base del calcolo matematico, l'esistenza dell'anti-materia, nel senso che se ad ogni particella di carica positiva doveva corrispondere una particella di carica negativa, ad una carica universale positiva (materia) corrispondeva una carica universale negativa (anti-materia). Gli studi condotti nei laboratori hanno da allora in poi dato un quadro abbastanza esatto dei corpi instabili e dei corpi-anti. Quando una particella sotto l'impulso di un'enorme carica di energia penetra in un nucleo atomico, perde l'energia di cui era carica dando luogo a particelle nate al posto di quell'energia. Tali particelle sono tra loro opposte (per es. un protone e un anti-protone, un neutrone e un anti-neutrone, un iperone e un anti- iperone). Ora, mentre le particelle per così dire positive vivono una vita normale, le altre, le anti, hanno vita solo fino a che non incontrano una particella d'un nucleo atomico, come un protone od un neutrone. In tal caso le due particelle, scontrandosi, si auto-distruggono liberando energia in quantità corrispondente alla loro massa. L'a. dunque esisterebbe, ma soltanto come momento di annichilimento della materia, compensata dalla produzione di energia. Solo teoricamente può pensarsi che, essendosi l'universo (v.) formato per trasformazione di pura energia in nucleoni ed elettroni, debba esistere in un «altro luogo» un antiuniverso che non sia il nostro di carica opposta, costituito da un numero corrispondentemente eguale di anti-nucleoni ed anti-elettroni nati in quella originaria gigantesca trasformazione.

Materia ed evoluzione. In realtà la teoria dell'a., che può derivare dall'osservazione sperimentale di una dinamica dialettica della materia, distrugge per sempre la tradizionale concezione di una materia e di un universo unitariamente ed originariamente costituiti. In altri termini, l'armonia d'una organizzazione costituita da parti infinitamente piccole e permanenti, prevedibili nei loro movimenti, è rotta da una dinamicità evolutiva della materia che si compone e scompone verso forme diverse.

Eraclito aveva detto che il divenire è l'origine di tutte le cose; niente è, ma tutto diventa o muta. Tale principio è ricomparso spesso nelle filosofie anti-idealistiche. Ma ciò che non era stato ancora colto è che tutto diviene, ma non nello stesso modo, e che quindi ciò che appare ai nostri occhi non è che il tempo lungo (almeno per noi) di una trasformazione in atto. La moderna fisica ha aperto dunque un nuovo capitolo del divenire.