Antimateria e gravità, il CERN conferma le previsioni di Einstein

L’antimateria risponde alla gravità esattamente come la materia. Si tratta di una rivelazione epocale che conferma le previsioni della relatività generale di Einstein. L’esperimento condotto dal CERN smentisce quindi l’ipotesi di comportamento inverso dell’antimateria rispetto alla gravità. Questo risultato è stato ottenuto attraverso la prima osservazione diretta di atomi di antidrogeno in caduta libera, condotta nell’ambito dell’esperimento Alpha, al quale l’Italia partecipa tramite l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare).

Che cos’è l’antimateria?

L’antimateria è una forma di materia composta da antiparticelle, che sono le controparti delle particelle di materia ordinaria. Ogni particella di materia ha una sua antiparticella con una carica elettrica opposta. Ad esempio, l’antiparticella dell’elettrone, chiamata positrone, ha una carica positiva invece di una negativa. Altre antiparticelle sono l’antiprotone (l’antiparticella del protone) e l’antineutrone (l’antiparticella del neutrone). Quando una particella di materia e una sua antiparticella si incontrano, si annullano a vicenda in un processo chiamato annichilazione. Questo processo genera energia sotto forma di radiazioni gamma. Questo è il motivo per cui l’antimateria è così interessante per la scienza e la fisica delle particelle: quando entra in contatto con la materia, può produrre quantità significative di energia. Questa caratteristica ha applicazioni potenziali in ambiti come la produzione di energia, la medicina nucleare e la propulsione spaziale.

L’esperimento Alpha sull’antimateria

L’esperimento Alpha rappresenta un traguardo significativo nella ricerca sulla materia e l’antimateria. Gli scienziati del CERN hanno impiegato quasi due decenni per mettere a punto questa raffinata tecnica sperimentale. Il risultato ha confermato le previsioni della teoria della relatività generale di Albert Einstein. L’esperimento Alpha ha utilizzato una sofisticata trappola magnetica verticale, progettata per catturare gli atomi di antidrogeno. Questi sono mantenuti in posizione grazie al campo magnetico generato da due bobine situate alle estremità superiore e inferiore della trappola. Questo ambiente permette agli scienziati di studiare il comportamento degli atomi di antidrogeno in condizioni controllate.

Una delle questioni più affascinanti che emergono da questa scoperta è comprendere come e perché si è verificata questa asimmetria tra materia e antimateria nell’universo. Secondo le leggi della fisica, durante il Big Bang, dovrebbe essere stata creata una quantità uguale di materia e antimateria. Tuttavia, se fosse avvenuto così, ci aspetteremmo che queste due sostanze si annichilissero a vicenda, lasciando dietro di sé solo energia. Invece, osserviamo un universo dominato dalla materia. Questo suggerisce l’esistenza di una differenza sconosciuta tra le interazioni della materia e dell’antimateria che ha permesso alla materia di prevalere. L’esperimento Alpha ha aperto nuove strade per affrontare questa questione, spingendo la comunità scientifica a esplorare più a fondo i misteri della fisica delle particelle e dell’antimateria.

La caduta dell’antidrogeno

Il cuore dell’esperimento Alpha è l’osservazione della caduta degli atomi di antidrogeno. Gli atomi accumulati nella trappola magnetica vengono rilasciati lentamente abbassando l’intensità del campo magnetico. Questo rilascio controllato consente agli scienziati di osservare in che direzione gli atomi “cadono” e di misurare qualsiasi influenza della forza di gravità. In più di una dozzina di esperimenti, gli scienziati hanno variato l’intensità del campo magnetico sia nella parte superiore che in quella inferiore della trappola. Questa variazione è stata eseguita per eliminare possibili errori. I risultati hanno rivelato un fatto straordinario: quando i campi magnetici indeboliti erano bilanciati in modo preciso in alto e in basso, circa l’80% degli atomi di antidrogeno si è annichilito sotto la trappola. Questo risultato conferma in modo inequivocabile che la gravità ha un effetto sulla caduta dell’antidrogeno, analogamente a quanto avviene con la materia ordinaria.

Materia e antimateria: prospettive future

Materia e antimateria sono fondamentalmente equivalenti, ad eccezione della carica elettrica opposta delle particelle. Tuttavia, uno dei misteri più profondi della fisica contemporanea è noto come “asimmetria barionica”. Nonostante la loro apparente equivalenza, l’universo sembra essere composto principalmente di materia, con una quantità molto limitata di antimateria. Questo fenomeno continua a sfidare gli scienziati di tutto il mondo, che cercano una spiegazione a questa asimmetria.

Nonostante la scoperta sia in linea con le previsioni della relatività generale, gli scienziati ritengono che il livello di precisione attuale non consenta ancora di trarre nuove conclusioni sulla gravità rispetto a quanto già conosciuto. La sfida futura consiste nel verificare con maggiore precisione le previsioni teoriche. Gli autori dello studio stanno anche esaminando come l’antidrogeno interagisce con la radiazione elettromagnetica attraverso la spettroscopia. Questo approfondimento potrebbe rivelare ulteriori dettagli sul comportamento dell’antidrogeno e contribuire a svelare eventuali differenze rispetto all’idrogeno.

Credit copertina: CERN