In questo articolo Indice dei contenuti 2 sezioni
Tenere ferma l’antimateria per mesi sembrava un’impresa fuori portata. Un gruppo di fisici è invece riuscito a intrappolare un singolo positrone, l’antiparticella dell’elettrone, e a mantenerlo sospeso così a lungo da poterlo studiare con tutta la calma necessaria. Un risultato che va a toccare direttamente i pilastri su cui poggia la fisica moderna.
Il motivo per cui si parla di impresa è semplice. Per sua natura l’antimateria è un incubo sperimentale perché nel momento in cui entra in contatto con la materia ordinaria entrambe si annichilano in un lampo di energia. Tenerla isolata è quindi una delle sfide tecniche più complicate della scienza attuale. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters e a guidarlo c’è Gerald Gabrielse, che non usa mezzi termini: “se dovesse risultare che non sono uguali (elettrone e positrone), quella sarebbe la più grande scoperta della fisica dell’ultimo secolo”.
Un ciclotrone quantistico costruito per una sola particella
Per capire la portata dell’esperimento bisogna sapere che i ricercatori non si sono fermati alla produzione di antimateria. Hanno messo in piedi quello che chiamano un “ciclotrone quantistico a singolo positrone”, un apparato che secondo uno dei membri del gruppo sfiora la fantascienza. E l’impressione non è esagerata. La particella nasce infatti da una sorgente radioattiva di sodio 22 e viene sparata con un’energia enorme. Per poterla osservare gli scienziati devono raffreddarla fino a 300 millikelvin, appena una frazione di grado sopra lo zero assoluto. Significa ridurne l’energia di oltre dieci ordini di grandezza in un lasso di tempo molto breve.
Il vero colpo di genio però sta nel modo in cui il positrone viene portato dentro una trappola magnetica. I ricercatori lo lasciano legare per un attimo a un elettrone così da formare il positronio, un atomo esotico ed elettricamente neutro. Non avendo carica questo atomo riesce a infilarsi in un minuscolo foro di appena 625 micrometri e ad arrivare nella trappola vera e propria. Lì un intenso campo elettrico lo ionizza e l’antiparticella resta imprigionata. Niente di semplice comunque, perché caricare un solo positrone richiede tra 8 e 11 ore di lavoro. Quando l’operazione va a buon fine la particella diventa docile e rimane sospesa per mesi, pronta per essere analizzata.
La domanda dietro tanta fatica e il confronto con il passato
Tutto questo sforzo per catturare una particella ha una ragione precisa, legata a un mistero antichissimo che riguarda il perché dell’esistenza stessa. Secondo il Modello Standard della fisica delle particelle il Big Bang avrebbe dovuto generare la stessa quantità di materia e di antimateria. Oggi però l’universo è composto di materia. Qualcosa deve aver spezzato quella simmetria e i fisici cercano da decenni la discrepanza che lo spieghi. Se l’equilibrio fosse perfetto elettrone e positrone dovrebbero essere l’uno il riflesso esatto dell’altro, con la stessa massa e un momento magnetico, il cosiddetto fattore g, identico ma di segno opposto.
Su questo fronte il gruppo della Northwestern University ha già una certa esperienza. Nel 2023 gli stessi ricercatori erano riusciti a misurare il fattore g dell’elettrone con una precisione sorprendente di 0,13 parti per mille miliardi. Il record attuale nel confronto diretto tra elettrone e positrone risale invece al 1987 e stabiliva che le due particelle sono uguali con una precisione di 2,1 parti per mille miliardi. Grazie al nuovo ciclotrone quantistico l’antiparticella rimane isolata in maniera talmente perfetta che i fisici stimano di poter migliorare di circa 30 volte la precisione della misura del suo momento magnetico.
Per il momento quello che è stato dimostrato è che la macchina funziona. La misura ad alta precisione del momento magnetico del positrone non è ancora arrivata e solo con quel dato sarà possibile capire se esiste davvero una differenza tra materia e antimateria capace di spiegare l’universo così come è fatto.
Fonte: TecnoAndroid