Il primo esperimento con i positroni: la vita dell’antimateria

L’antimateria è quella parte della materia studiata dalla fisica quantistica secondo cui ogni elemento ha il suo equivalente con segno opposto ma identiche proprietà, massa e simmetria. Il positrone è l’elemento complementare dell’elettrone e l’antiprotone quello del protone.

Le antiparticelle sono in minoranza nel nostro ambiente fisico dove scompaiono per annichilazione. La loro creazione è determinata dall’urto tra due particelle ad alta energia. L’energia prodotta dall’urto si converte in parte in antimateria e in parte in materia, in percentuali non ancora note.

Se la materia e l’antimateria sono complementari, devono entrambe rispondere alle stesse leggi di gravità ed elettromagnetismo. Una manciata di esperimenti hanno provato a rispondere a tale domanda.

Un po’ di storia elettromagnetica

Per secoli la rifrazione della luce è stato oggetto di studio per numerosi scienziati, finché 200 anni fa Thomas Young dimostrò che la luce era formata da onde. Facendo passare della luce attraverso le fessure create in due finestre, si notava un moto ondulatorio, dovuto semplicemente dall’interferenza delle onde l’una con l’altra.

Un secolo e mezzo dopo col fisico Richard Feynman si scoprì che l’elettrone si comporta esattamente come la luce: era infatti caratterizzato da una forma d’onda propria ma non si poteva determinare la sua posizione esatta. Solo nel 1989 un gruppo di scienziati giapponesi riuscì a determinare l’elettrone sparandoli uno ad uno contro uno schermo.

Dall’epoca tutti gli studi sulla materia hanno affermato che ogni particella ha un comportamento ondoso, come onde elettromagnetiche.

Uno studio scopre l’onda del positrone

Un gruppo di scienziati svizzeri e italiani ha per la prima volta condotto un esperimento sul moto del positrone. E’ stato definito un esperimento fondamentale nella risoluzione del mistero riguardante la dualità materiale dell’Universo. L’esperimento è avvenuto in Italia nel L-NESS: Laboratorio per le Nanostrutture di epilessia e sintonica nel silicio.

Lo studio è nato dalla semplice formulazione di due domande: “Se siamo circondati di materia, vuol dire che ne esiste di più rispetto all’antimateria? E se ciò fosse vero, cosa lo rende così speciale?” Ma la risposta è stata semplice: i due domini della materia esistono sempre e sono identicamente uguali. Essendo identicamente uguali devono rispondere alle medesime leggi fisiche.

Anche l’antimateria dovrebbe quindi comportarsi in modo elettromagnetico ma nessuno finora è riuscito a dimostrare il suo andamento come onda. Nessuno tranne il gruppo di ricerca italo-svizzero.

Ecco com’è avvenuta la scoperta. I positroni sono stati filtrati da un materiale radioattivo decadente per poi essere lanciati in una struttura a due passi. L’esperimento richiamava infatti quello fatto per lo studio della luce da Young. La struttura era la medesima, l’unica differenza era l’oggetto di studio: il positrone anziché la luce.

Dopo 200 ore di esperimento i fisici hanno potuto affermare che il positrone si comporta esattamente in maniera ondulatoria, proprio come tutte le forme della materia.

Per quanto riguarda la risposta alle leggi gravitazionali c’è ancora bisogno di strumenti sofisticati come ad esempio strumenti ad interferenza. Pare invece imminente la scoperta del perché le cose siano fatte di una sostanza anziché di un’altra e scoprire piano piano le origini dell’Universo.

Per ulteriori curiosità è possibile consultare nel sito ufficiale della ricerca il documento in lingua inglese sulla scoperta.