Uno dei più grandi misteri della fisica moderna riguarda il Cosmo: la netta prevalenza della materia sull’antimateria. Se la teoria del Big Bang suggerisce che materia e antimateria avrebbero dovuto crearsi in quantità uguali, perché l’universo che osserviamo oggi è quasi interamente fatto di materia? È proprio a questa domanda che i ricercatori del CERN, il più grande laboratorio di Fisica delle particelle al mondo, cercano di dare una risposta. Il loro lavoro non è solo un esercizio teorico, ma un’esplorazione profonda delle leggi che governano l’esistenza stessa e in questo articoletto proviamo a spiegarne il senso.
Il grande enigma dell’antimateria
Per comprendere la portata di questa ricerca, dobbiamo prima capire cos’è l’antimateria. Per ogni particella di materia, esiste una sua “gemella” con carica elettrica opposta, ma massa identica. Ad esempio, l’elettrone, una particella con carica negativa, ha come antiparticella il positrone, che ha la stessa massa ma carica positiva. Quando una particella e la sua antiparticella si incontrano, si annichilano, scomparendo e liberando un’enorme quantità di energia sotto forma di fotoni, cioè particelle di luce. È un processo che avviene in una frazione di secondo, un atto finale che dissolve l’esistenza stessa delle particelle.
Le osservazioni attuali ci dicono che nell’universo visibile l’antimateria è estremamente rara. Non vediamo galassie, stelle o pianeti fatti di antimateria. Ma secondo il Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria che descrive le forze fondamentali e le particelle elementari, il Big Bang avrebbe dovuto creare materia e antimateria in quantità perfettamente uguali. Se ciò fosse avvenuto, l’annichilazione reciproca avrebbe lasciato l’universo popolato solo da un’immensa distesa di energia, senza che si potessero formare atomi, stelle, né tantomeno noi. Il fatto che l’universo esista, e sia fatto di materia, è la prova più evidente di uno squilibrio iniziale.
La ricerca al CERN: un viaggio nel passato dell’universo
Il CERN, situato al confine tra Svizzera e Francia, è il luogo ideale per indagare questo mistero. Qui, fisici e ingegneri ricreano le condizioni estreme che esistevano nei primi istanti di vita dell’universo, accelerando particelle a velocità prossime a quella della luce e facendole collidere. Lo scopo è studiare il comportamento delle particelle e delle loro antiparticelle in un ambiente controllato, per cercare le sottili differenze che potrebbero spiegare la prevalenza della materia.
Uno dei progetti più rilevanti in questo campo è l’esperimento LHCb (Large Hadron Collider beauty). L’LHCb è progettato per studiare le particelle contenenti quark pesanti, che potremmo definire un po’ i “mattoni” della materia. La ricerca si concentra sulla violazione della simmetria CP, dove C sta per carica e P per parità. In termini semplici, una perfetta simmetria CP implicherebbe che una reazione e la sua “speculare” fatta di antiparticelle dovrebbero avere la stessa probabilità di verificarsi. Ma, senza troppa sorpresa, i risultati dell’LHCb hanno mostrato il contrario.
L’esperimento che ha rivelato l’asimmetria
La violazione della simmetria CP è un fenomeno già noto, ma la sua entità, così come descritta dal Modello Standard, è troppo piccola per spiegare l’enorme squilibrio di materia e antimateria che osserviamo nell’universo. La ricerca al CERN non solo ha confermato l’esistenza di questa asimmetria, ma sta anche fornendo dati cruciali per cercare di capire se esistono altre fonti di violazione che il Modello Standard non include.
In passato, l’esperimento LHCb ha osservato con un’elevatissima precisione una differenza significativa tra il comportamento di certe particelle P e delle loro antiparticelle. Tuttavia, una scoperta più recente e di straordinaria rilevanza è avvenuta con l’osservazione della violazione della simmetria CP nei barioni, che sono le particelle composte da tre quark, come protoni e neutroni. Questa osservazione rappresenta una svolta storica perché, per la prima volta, si è vista una differenza nel comportamento tra materia e antimateria in una categoria di particelle che costituisce la quasi totalità della materia che ci circonda.
L’esperimento LHCb ha analizzato i decadimenti di un tipo specifico di barioni, i lambda-b, e delle loro antiparticelle. I dati raccolti hanno mostrato che il decadimento delle particelle e delle antiparticelle non avviene con la stessa frequenza, confermando una violazione di CP anche in questa classe di particelle. Questo piccolo, ma significativo, scarto rappresenta una conferma cruciale di ciò che i fisici avevano a lungo sospettato. Sebbene la discrepanza osservata sia ancora troppo limitata per spiegare completamente la prevalenza della materia nell’universo, apre la strada a una “nuova fisica”, che va oltre le nostre attuali conoscenze e potrebbe contenere la chiave per risolvere il mistero cosmico.
L’antimateria nel quotidiano e nel futuro
Sebbene l’antimateria possa sembrare un concetto fantascientifico, ha già trovato applicazioni pratiche. La PET (Tomografia a Emissione di Positroni) è una tecnica diagnostica usata in medicina nucleare che sfrutta l’emissione di positroni da parte di un radiofarmaco. Questi positroni si annichilano con gli elettroni dei tessuti corporei, producendo fotoni che vengono rilevati da uno scanner, permettendo di ottenere immagini dettagliate degli organi. È un esempio lampante di come la fisica più esoterica possa avere un impatto diretto sulla nostra vita.
In futuro, le ricerche sull’antimateria potrebbero portare a sviluppi ancora più rivoluzionari, come l’utilizzo dell’antimateria per produrre propulsori di navicelle spaziali estremamente efficienti o per la produzione di energia. Tuttavia, le sfide sono immense. Produrne anche solo una quantità infinitesimale richiede enormi quantità di energia e lo stoccaggio è estremamente difficile a causa della sua tendenza a annichilarsi al contatto con la materia ordinaria.
Insomma, la risposta definitiva al grande enigma dell’antimateria potrebbe non arrivare domani, ma ogni esperimento, ogni singola collisione di particelle al CERN, è un passo in avanti in questo affascinante viaggio. E chissà dove arriveremo!
Fonti:
CERN – sito ufficiale da cui sono tratte le informazioni relative agli esperimenti e alle ricerche in corso, consultabili al link: https://home.cern/
LHCb Public, dettagli sull’esperimento in essere, consultabili al link: https://lhcb-public.web.cern.ch/
Wired, Antimateria e materia, osservata al Cern l’asimmetria tra le due che ci consente di esistere, articolo consultabile per intero al link: https://www.wired.it/article/antimateria-materia-osservata-cern-asimmetria-che-ci-consente-di-esistere/
Autore articolo
Sara Giovannoni
Redattrice
Copywriter pubblicitario, cinefila, nerd.
Cerco di vivere la vita sempre con la curiosità e lo stupore di un bambino.
Amo scrivere delle cose che mi appassionano,
ecco perché spero di pubblicare, prima o poi, il mio libro sul Giappone.
Intanto keizoku wa chikara nari.
Se volete, andate a cercare il significato!
