Cosa sappiamo dell’Antimateria?
Scritto da: Luigi Maxmilian Caligiuri | Scienza e Fisica Quantistica
Cosa sappiamo dellAntimateria?
Viviamo in un Universo dominato dalla materia, fatta di atomi a loro volta costituiti da protoni,
neutroni ed elettroni che ne determinano le proprietà macroscopicamente osservabili. Ma oltre alla
materia usuale di cui siamo costituiti e che sperimentiamo quotidianamente, ne esiste di unaltra
specie, molto meno comune, ma altrettanto importante nellambito delle dinamiche dellUniverso, vale
a dire la cosiddetta antimateria. Se non fosse per via delle sue più intime caratteristiche essa
apparirebbe del tutto simile alla materia ordinaria e, a prima vista, indistinguibile da essa.
Ma di cosa è fatta, in realtà, lantimateria?
È possibile definirla come lopposto della materia?
E in che senso si può parlare di opposto?
Lantimateria può essere considerata come limmagine speculare della materia ordinaria, il suo
doppio in un universo alla rovescia, tale che se essa incontra la materia, le rispettive
caratteristiche complementari si cancellano reciprocamente dando luogo al fenomeno della cosiddetta
annichilazione, vale a dire la distruzione di entrambe con conseguente emissione di pura energia
sotto forma di radiazione gamma. In questo senso lantimateria può essere effettivamente considerata in senso letterale come lantagonista della materia.
La primordiale battaglia tra materia e antimateria
Ma se lantimateria è presente nellUniverso come mai non assistiamo continuamente a tali poderosi
fenomeni di annichilazione materia-antimateria ? Infatti, nel nostro Universo osservabile, per
quanto siamo in grado oggi di conoscere, la materia è ubiquitaria e rappresenta il risultato di una
primordiale battaglia tra materia ed antimateria svoltasi subito dopo lorigine dellUniverso
ovvero, secondo la teoria prevalentemente accettata, negli istanti immediatamente successivi al Big
Bang. Infatti, secondo tale modello cosmologico, in seguito al Big Bang si sarebbero generate
quantità perfettamente uguali di materia ed antimateria, in particolare avendosi per ogni quark un
rispettivo antiquark e per ogni leptone (la famiglia di particelle leggere cui appartiene
lelettrone) esattamente un antileptone. Materia e antimateria sarebbero poi andate incontro a un
processo noto come grande annichilazione che avrebbe portato alla distruzione di gran parte (tutta
?) dellantimateria e alla sopravvivenza dei semi della materia che avrebbero poi portato alla
formazione delle strutture materiali del nostro Universo e il cui residuo sarebbe rappresentato
dalla cosiddetta radiazione cosmica di fondo a microonde che pervade ancora lUniverso a miliardi di anni di distanza dallevento di annichilazione.
Ma se le quantità iniziali di materia ed antimateria sottoposte al processo di grande annichilazione
erano le stesse, come è possibile allora che solo la materia sia, almeno per quanto ci è dato di
sapere, sopravvissuta al processo? La risposta a tale domanda e quindi alla spiegazione
dellasimmetria materia-antimateria nellUniverso costituisce infatti uno dei più grandi misteri della scienza ad oggi tuttora irrisolto.
Ma cosa differenzia la materia dallantimateria ? Così come la prima anche la seconda può essere
composta da atomi e molecole, che potremmo definire anti-atomi ed anti-molecole rispettivamente, le
cui caratteristiche appaiono, a tale scala, sostanzialmente indistinguibili da quelle proprie della
materia. Ciò significa che le differenze tra i due tipi di materia e il dualismo che esse
manifestano devono essere ricercati a un livello ancora più fondamentale, ossia penetrando nella
struttura più intima dei nuclei atomici. La Teoria Quantistica Relativistica di Campo che
rappresenta la sintesi tra Teoria della Relatività Speciale e Meccanica Quantistica impone che i
costituenti più elementari della materia non possano essere costituiti esclusivamente da particelle
di materia ma che, per ciascuna particella subatomica, debba esistere unentità speculare, in
grado di formare, al pari della materia usuale, strutture atomiche e molecolari in apparenza simili a queste ultima ma, in realtà, profondamente differenti da queste.
Ad esempio, è noto che le leggi fondamentali dellelettromagnetismo, linterazione che garantisce la
stabilità della materia su scala macroscopica, risultano invarianti se si scambiano tutte le cariche
negative con delle cariche di uguale intensità ma segno opposto e viceversa. Se supponessimo che
tutti gli elettroni abbiano carica positiva anziché negativa e i protoni carica negativa anziché
positiva, ciò non determinerebbe alcuna differenza macroscopicamente osservabile nel comportamento degli atomi e delle molecole.
Tale scambio di carica trasformerebbe, effettivamente, la materia in antimateria in modo tale che,
ad esempio, un atomo di anti-idrogeno sarebbe costituito da un anti-elettrone (di carica positiva) che interagisce con un anti-protone (di carica negativa).
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