Scritto: Lunedì, 09 Novembre 2020 05:24 Ultima modifica: Lunedì, 09 Novembre 2020 06:13

Una trappola portatile per l'antimateria


In fondo al 2063 ancora c'è tempo e tutti i fan di Star Trek potranno tenere le dita incrociate per qualche decina di anni, nella speranza che il primo volo a curvatura si realizzi veramente. D'altra parte non sarebbe la prima volta che la geniale serie di fantascienza predice l'avvento di nuove tecnologie. Per ora, la trappola antiprotonica trasportabile del CERN potrebbe rappresentare un primo (piccolo) passo verso il motore futuristico dell'Enterprise.

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Una trappola portatile per l'antimateria © Christian Smorra

Il dispositivo sarà sviluppato nell'ambito della collaborazione BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) e servirà ad effettuare misurazioni ad alta precisione delle proprietà dell'antimateria.

La storia dell'antimateria nasce nel 1928 con il fisico britannico Paul Dirac. Egli scrisse un'equazione, che gli valse il premio Nobel nel 1933, che combinava teoria quantistica e relatività ristretta per descrivere il comportamento di un elettrone che si muove ad una velocità relativistica. Questa formula, però, poneva un problema: proprio come l'equazione x2 = 4 è vera sia per x = 2 che per x = −2, così l'equazione di Dirac poteva avere due possibili soluzioni, una per un elettrone con energia positiva ed una per un elettrone con energia negativa. La fisica classica (ed il buon senso) imponeva che l'energia di una particella fosse sempre un numero positivo ma Dirac interpretò l'equazione come se per ogni particella esistesse una antiparticella, corrispondente esattamente alla particella stessa ma con carica opposta. Ad esempio, per l'elettrone doveva esistere un "antielettrone", o "positrone", identico in tutto ma con carica elettrica positiva. Questa intuizioni aprì la strada ad una nuova affascinante fisica e ad intere galassie o universi fatti di antimateria. Tuttavia, quando antimateria e materia entrano in contatto si annientano a vicenda e svaniscono in un lampo di energia, rendendo gli studi molto complicato. Al CERN, viene prodotta una certa quantità di antimateria da usare per gli esperimenti. Il punto di partenza è l'Antiproton Decelerator (AD), che rallenta gli antiprotoni in modo che i fisici possano studiarne le proprietà.

Il progetto BASE ha già ottenuto molti successi con l'antimateria. Ad esempio, ha misurato il momento magnetico dell'antiprotone, con una precisione superiore a quella del protone; ha mantenuto l'antimateria immagazzinata per un tempo record di oltre un anno; ha condotto la prima ricerca in laboratorio per un'interazione tra l'antimateria e l'assione, una particella candidata per materia oscura. Ora, la nuova trappola consentirà di trasportare l'antimateria in un'altra struttura del CERN o altrove.

 

La trappola

La collaborazione BASE indaga le proprietà degli antiprotoni, le antiparticelle dei protoni.
Il Big Bang avrebbe dovuto creare la stessa quantità di materia e antimateria ma l'Universo attuale è costituito per la maggior parte di materia, segno che qualcosa deve aver generato uno squilibrio. I fisici del CERN stanno studiando l'antimateria proprio per cercare altre eventuali differenze con la materia finora mai osservate. Tutto inizia nell'AD, l'unico posto al mondo in cui si creano quotidianamente antiprotoni. Questi vengono poi immagazzinati in un dispositivo chiamato trappola di Penning, che mantiene le particelle in posizione con una combinazione di campi elettrici e magnetici. Successivamente, BASE alimenta gli antiprotoni uno per uno per misurare la frequenza del ciclotrone, che descrive l'oscillazione di una particella carica in un campo magnetico, e la frequenza di Larmor, che descrive il cosiddetto movimento precessionale nella trappola dello spin intrinseco della particella. Da queste, che sono entrambe proporzionali al campo magnetico, è possibile dedurre le proprietà degli antiprotoni come il loro momento magnetico e quindi confrontarle con quelle dei protoni.

Il team BASE ha effettuato misurazioni sempre più precise di questi valori nel corso degli anni ma i dati rimangono altamente influenzati dalla "tranquillità" dell'ambiente circostante e "la sala AD non è il più calmo degli ambienti magnetici", ha detto il portavoce di BASE Stefan Ulmer. Da qui, la proposta di realizzare una trappola antiprotonica trasportabile per trasportare gli antiprotoni prodotti nell'AD in un laboratorio maggiormente isolato.

BASE 1Il design della trappola antiprotone trasportabile BASE-STEP.

Il dispositivo, denominato BASE-STEP, sarà costituito da trappole di Penning poste all'interno di un magnete superconduttore, in grado di resistere alle forze legate al trasporto quando è freddo e carico. Un sistema di raffreddamento ad a elio liquido manterrà le basse temperature durante gli spostamenti, per diverse ore, senza alimentazione elettrica per il raffreddamento. Le Penning-trap saranno due: la prima trappola riceverà e rilascerà gli antiprotoni prodotti nell'AD, la seconda trappola immagazzinerà l'antimateria.

Il dispositivo sarà lungo complessivamente 1,9 metri, largo 0,8 metri, alto 1,6 metri e peserà al massimo 1000 chilogrammi.
"Queste dimensioni e peso compatti significano che in linea di principio potremmo caricare la trappola in un piccolo camion o furgone e trasportarla dalla sala AD a un'altra struttura situata al CERN o altrove, per approfondire la nostra comprensione dell'antimateria", ha affermato Christian Smorra che sta guidando il progetto.

Il team BASE ha iniziato a sviluppare i primi componenti del dispositivo e prevede di completarlo nel 2022, in attesa di decisioni e approvazioni.

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Elisabetta Bonora

Nella vita lavorativa mi occupo di web, marketing e comunicazione, digital marketing. Nel tempo libero sono un'incontenibile space enthusiast e mamma di Sofia Vega.
Mi occupo di divulgazione scientifica, attraverso questo web, collaborazioni con riviste del settore ed image processing delle foto provenienti dalle missioni robotiche. Appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro. Nel 2019 è uscito il mio primo libro "Con la Cassini-Huygens nel sistema di Saturno".
Amo le missioni robotiche inviate 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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