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ALPHA osserva lo spettro dell'antimateria per la prima volta

ALPHA osserva lo spettro dell'antimateria per la prima volta
Crediti: Maximilien Brice/CERN

Fin da quando è stata proposta l'esistenza dell'antimateria all'inizio del XX secolo, gli scienziati hanno cercato di capire come questa si relazione alla materia ordinaria e perché vi è un evidente squilibrio tra le due nell'Universo. Da allora gli studi si sono concentrati sull'anti-particella dell'atomo più elementare e più abbondante, l'idrogeno. Ora, per la prima volta, l'esperimento ALPHA presso il CERN è stato in grado di ottenere le sue informazioni spettrali.

"L'utilizzo di un laser per osservare una transizione in anti-idrogeno ed il confronto con l'idrogeno per vedere se obbediscono alle stesse leggi della fisica, è sempre stato un obiettivo chiave nella ricerca sull'antimateria", ha detto nel report Jeffrey Hangst, portavoce del progetto ALPHA.

ALPHA (Antihydrogen Laser PHysics Apparatus) è una collaborazione internazionale che si prefigge di studiare le simmetrie fondamentali tra materia e antimateria.
L'esperimento trattiene gli atomi di anti-idrogeno neutro il più a lungo possibile, fino a quando non annichilano inevitabilmente.
"Muovere ed intrappolare antiprotoni o positroni è facile perché sono particelle cariche", continua Hangst, "ma quando si combinano i due, si ottiene anti-idrogeno neutro che è molto più difficile da intrappolare. Così abbiamo progettato una trappola magnetica molto speciale sfruttando il fatto che anti-idrogeno è leggermente magnetico".

Secondo il Modello Standard, che descrive le particelle elementari e tre delle quattro forze fondamentali della natura (l'interazione elettromagnetica, l'interazione nucleare debole e l'interazione nucleare forte), nell'Universo primordiale, subito dopo il big bang, materia ed antimateria dovevano essere presenti in quantità uguali. Oggi però il cosmo è formato quasi interamente da materia ed è per questo motivo che l'antimateria viene studiata con particolare attenzione e si cerca di capire se c'è un'asimmetria nelle leggi della fisica che governano i due tipi di materia. In particolare, il cosiddetto teorema CPT del Modello Standard, dove "C" sta per carica, "P" per parità e "T" per tempo, prevede che nel comportamento delle particelle elementari ci siano delle simmetrie.

Gli atomi sono costituiti da elettroni orbitanti attorno ad un nucleo.
Quando gli atomi di materia ordinaria sono colpiti da una radiazione elettromagnetica, passano dal loro stato fondamentale a uno stato eccitato per poi tornare allo stato fondamentale: nel processo, gli elettroni si muovono da un'orbita all'altra emettendo o assorbendo luce a lunghezze d'onda specifiche, generando uno spettro caratteristico.
La spettroscopia, quindi, misura come gli elementi assorbono o emettono luce.
E' un metodo molto importante nella fisica, nella chimica e nell'astronomia: permette, ad esempio, di caratterizzare atomi e molecole, o di determinare la composizione di stelle lontane.
Sullo spettro dell'idrogeno, che costituisce circa il 75% di tutta la massa barionica nell'Universo, sono stati condotti molti studi ma studiare quello della sua antiparticella è stato incredibilmente difficile, fino ad ora ma, se il teorema CPT fosse stato corretto, lo spettro di un atomo di idrogeno e quello del corrispondente atomo di antimateria sarebbero dovuti essere uguali.

Ebbene, nell'esperimento la riga spettrale dell'anti-idrogeno non ha mostrato alcuna differenza rispetto alla riga spettrale equivalente dell'idrogeno, in altre parole i risultati di ALPHA sono coerenti con il Modello Standard e ne supportano la validità.

Nello studio pubblicato su Nature, dal titolo "Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen", gli atomi di anti-idrogeno, formati da un antiprotone (particella con massa uguale a quella del protone ma con carica elettrica negativa) e da un antielettrone o positrone (particella con massa uguale a quella dell'elettrone ma con carica positiva), sono stati prodotti mescolando un plasma contenete circa 90.000 antiprotoni dal quale si producono circa 25.000 atomi di anti-idrogeno per tentativo, che possono essere intrappolati se si muovono abbastanza lentamente. Di questi, con i metodi precedenti se ne salvavano appena 1,2 ma con la nuova tecnica si è arrivati a 14. Gli atomi di anti-idrogeno intrappolati sono stati poi illuminati con un fascio laser ad una frequenza ben precisa durante la transizione 1S-2S, cioè durante il passaggio dallo stato fondamentale al secondo stato eccitato

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
In cerca di una nuova occupazione, negli ultimi anni mi sono occupata di digital advertising, web e video analytics.
Dedico il tempo libero alla mia dolcissima bimba Sofia Vega, a questo sito (creato nel 2012 in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte) ed al processing delle immagini raw scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

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