Il Superuovo

Nuovi dati emersi dalle T2K Collaboration: perché nell’Universo c’è più materia che antimateria?

Nuovi dati emersi dalle T2K Collaboration: perché nell’Universo c’è più materia che antimateria?

Gli studi hanno dimostrato che le quantità di materia e di antimateria nell’Universo non si equivalgono, ma perché?

(csmonitor.it)

Fino a un paio di mesi fa la domanda che tormentava le menti dell’italiano medio era: “Dov’è Bugo?”. Successivamente le cose non sono andate per il verso giusto: il Co-Vid 19 ci ha costretti a rimanere in casa, gli studi televisivi dei programmi live si sono svuotati e pare che un sondaggio abbia espresso la volontà di cancellare quelli diretti da Barbara D’Urso. Per fortuna c’è anche chi, in tempi così difficili, continua la propria indagine verso una comprensione più approfondita della realtà che ci circonda. No, non mi riferisco alle teorie complottiste, ma al lavoro degli scienziati della T2K Collaboration, i quali hanno provato a spiegare il motivo della carenza di antimateria nel nostro Universo.

Che cos’è l’antimateria

L’antimateria è la materia costituita da antiparticelle, corrispondenti per massa alle particelle della materia ordinaria, ma aventi alcuni numeri quantici, come ad esempio la carica elettrica, di segno opposto. Le leggi che governano le combinazioni di antiparticelle a formare gli antielementi (o antiatomi) e le antimolecole sono simmetriche a quelle che governano la materia. Quando una particella e un’antiparticella vengono a contatto si assiste al fenomeno dell’annichilazione, ovvero si ha la trasformazione della materia coinvolta in radiazione elettromagnetica sotto forma di fotoni ad alta energia (raggi gamma), oppure le particelle coinvolte si trasformano in altre coppie di particelle-antiparticelle, in ogni caso tali che la somma dell’energia totale, precedente e seguente l’evento, rimanga costante in accordo al principio di conservazione della massa-energia.

(scienzaunigiovane.unibo.it)

Costi e produzione

Se una parte di antimateria si annichilisce a contatto con della materia ordinaria, tutta la massa delle particelle e antiparticelle annichilate viene convertita in energia. Questo processo permetterebbe di ottenere enormi quantità di energia da quantità molto piccole di materia e antimateria. La reazione di 1 kg di antimateria con 1 kg di materia produce 1,8×1017 J di energia (in base all’equazione E=mc²). Per contro, bruciare 1 kg di petrolio fornisce 4,2×107 J, mentre dalla fusione nucleare di 1 kg di idrogeno si otterrebbero 2,6×1015 J. In altre parole, l’annichilazione della materia con l’antimateria produce circa 70 volte l’energia prodotta dalla fusione nucleare dell’idrogeno in elio e quattro miliardi di volte l’energia prodotta dalla combustione del petrolio. Tuttavia, generare un singolo atomo di antimateria è immensamente difficile e dispendioso, di conseguenza non la si può considerare una fonte di energia. Per produrre antimateria sono necessari acceleratori di particelle ed enormi quantità di energia, molto superiori a quella rilasciata dopo l’annichilazione con la materia ordinaria, rendendo di fatto l’impresa energeticamente ed economicamente non conveniente. La NASA fece una stima di 62.500 miliardi di dollari per produrre un grammo di antidrogeno, considerandolo quindi il materiale più costoso da produrre.

Se fosse possibile produrre e allo stesso tempo immagazzinare facilmente antimateria, il suo uso potrebbe estendersi anche allo smaltimento dei rifiuti compresi quelli a elevata tossicità come le scorie nucleari con grande produzione di energia. Tuttavia, a meno che non vengano scoperte fonti naturali di antimateria (la NASA ha anche valutato la possibilità di raccogliere con campi magnetici l’antimateria che si forma spontaneamente nelle fasce di van Allen attorno alla Terra), il suo possibile sfruttamento rimarrà una mera curiosità scientifica.

Sezione di un acceleratore di particelle (fanpage.it)

L’esperimento della T2K Collaboration

Il team di scienziati nipponici ha cercato di capire se i neutrini abbiano contribuito alla prevalenza della materia sull’antimateria. Questo tipo di particelle è infatti sono soggetto a oscillazioni, ovvero trasformazioni in cui un neutrino di un certo tipo e con certe caratteristiche fisiche si trasforma in un neutrino con altre caratteristiche (più o meno come Goku che diventa super sayan). Ma saranno proprio in queste trasformazioni la causa del disequilibrio e dello sbilanciamento quantitativo?

Durante l’esperimento un potente fascio di neutrini e di antineutrini muonici è stato inviato da Tokai verso Kamioka (due villaggi situati sulla costa orientale e occidentale del Giappone). Durante il tragitto è però avvenuto il fenomeno di oscillazione dei neutrini e degli antineutrini, così alcuni di quelli quelli muonici si sono trasformati in neutrini di tipo elettronico. Nel rilevare ciò, i ricercatori si sono accorti che gli antineutrini muonici si trasformano in antineutrini elettronici più lentamente rispetto a quanto avviene per i neutrini.

In pratica, il tasso di neutrini risulta molto accresciuto risultando favoriti rispetto agli antineutrini (la materia rispetto all’antimateria). E questo potrebbe rappresentare una violazione di CP e una rottura della simmetria che potrebbe aver contribuito allo squilibrio fra materia e antimateria.

 

 

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