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Un gruppo di fisici della Northwestern University, negli Stati Uniti, è riuscito a tenere intrappolata per mesi una singola particella di antimateria, a raffreddarla fino a temperature vicine allo zero assoluto e a controllarne gli stati quantistici con grande precisione. Il tutto senza mai toccarla. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters e l’ateneo lo descrive con un’immagine piuttosto efficace: è un po’ come se i ricercatori fossero riusciti ad “addomesticare” una particella di antimateria.
Non si tratta di un risultato da poco, perché l’antimateria resta uno dei grandi enigmi della fisica. La matematica prevede che ogni particella di materia abbia una sua antiparticella equivalente, e gli scienziati lo hanno confermato anche sperimentalmente. Eppure qualcosa non torna. L’universo dovrebbe contenere quantità simili di entrambe, ma quasi tutto ciò che si osserva è fatto di materia ordinaria e il motivo, ancora oggi, non è chiaro.
Antimateria addomesticata: il problema di studiare qualcosa che si annienta al primo contatto
Produrre antimateria in laboratorio è possibile. Studiarla, invece, è tutta un’altra faccenda. Quando un’antiparticella entra in contatto con la sua controparte di materia ordinaria, le due si annichilano a vicenda liberando energia. Per evitare che i centri di ricerca saltino in aria, i fisici ricorrono a camere a vuoto e a campi elettromagnetici capaci di tenere isolate queste particelle così sfuggenti. In questo modo sono riusciti a conservarle anche per periodi lunghi.
Il problema però è risolto solo in parte. Tenere ferma un’antiparticella è una cosa, osservarne e guidarne il comportamento su scala quantistica è un’altra, e continua a essere complicato.
È proprio qui che entra in gioco l’esperimento della Northwestern. I ricercatori hanno lavorato con un positrone, cioè l’antiparticella dell’elettrone. Il team guidato da Gerald Gabrielse ha messo a punto un dispositivo chiamato ciclotrone quantistico a positrone, grazie al quale è stato possibile mantenere intrappolata una sola antiparticella per mesi e controllarne gli stati quantistici.
Per farlo, i fisici hanno sfruttato campi elettrici e magnetici che tengono il positrone sospeso nel vuoto, a una temperatura prossima allo zero assoluto. In queste condizioni sono riusciti a portarlo al suo stato di energia più basso e a provocare cambiamenti controllati nel suo comportamento quantistico. C’è poi un dettaglio importante. Quei cambiamenti sono stati osservati senza distruggere la particella, e questo ha permesso di ripetere le misurazioni sempre sullo stesso positrone.
Cosa si può scoprire controllando l’antimateria
Gli scienziati sanno già che materia e antimateria hanno proprietà molto simili. Un elettrone e un positrone, per esempio, possiedono esattamente la stessa massa, anche se hanno cariche elettriche opposte. Quello che si vuole capire adesso è fino a che punto si somiglino davvero, e se esistano piccole differenze sfuggite agli esperimenti condotti finora.
Per rispondere a queste domande, i ricercatori puntano a confrontare le proprietà magnetiche delle due particelle. Sugli elettroni sono già state effettuate misurazioni molto precise, mentre raggiungere lo stesso livello con i positroni si è rivelato decisamente più difficile. Secondo la Società americana di fisica, il nuovo strumento potrebbe consentire misurazioni circa 30 volte più accurate rispetto a quelle ottenute in passato.
Per il momento l’esperimento non ha fatto emergere alcuna differenza inattesa tra le due particelle. Quello che i ricercatori hanno ottenuto è un netto miglioramento nella capacità di andarle a cercare. Se le misurazioni future dovessero rivelare che un positrone reagisce ai campi magnetici in modo diverso da quanto previsto, gli scienziati si troverebbero a dover rivedere alcune delle leggi con cui oggi spiegano il comportamento della materia e dell’antimateria.
Fonte: TecnoAndroid