Materia ed antimateria: continuano gli esperimenti sulla loro asimmetria

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Alcuni importanti ricercatori di tutto mondo, tra cui esponenti del Kavli IPMU, hanno misurato in Giappone un diverso tasso di oscillazione esistente tra neutrini ed antineutrini, che potrebbe essere un importante punto di svolta nella ricerca del motivo dell'asimmetria che esiste fra materia ed antimateria.

Nel modello standard che descrive l'interazione delle particelle note fino ad ora è prevista l'esistenza di un'antiparticella che è lo specchio di ogni particella conosciuta. Nel nostro caso, il neutrino è una particella subatomica che ha una massa estremamente piccola ed una carica elettrica nulla (cioè non risponde alle leggi di attrazione tra cariche positive e negative e repulsione tra cariche dello stesso tipo). Per dare qualche numero, il neutrino ha massa anche 1 milione di volte inferiore ad un elettrone, che a sua volta è quasi 2000 volte meno massivo del protone. L'antineutrino, invece, ha sempre carica nulla ma elicità opposta al neutrino: infatti l'antimateria è caratterizzata per essere uguale in massa ma speculare alla materia in alcune determinate caratteristiche, come l'elicità in questo caso.

Per fare altri esempi di materia/antimateria, l'antiparticella dell'elettrone è l'antielettrone (o positrone) con carica positiva piuttosto che negativa, mentre al protone corrisponde un antiprotone con carica negativa e via dicendo, considerando sempre che le coppie di particelle/antiparticelle hanno la stessa massa. Inoltre quando si trovano vicine interagiscono fra loro in un fenomeno chiamato annichilazione in cui le masse si trasformano in energia elettromagnetica (raggi gamma). Il processo inverso è possibile sotto particolari condizioni, ad esempio nella trasformazione di un'onda gamma in una coppia elettrone/positrone. Nell'acceleratore LHC del CERN di Ginevra, nello specifico nel LHCb, si è riusciti a generare particelle e antiparticelle per un brevissimo istante di tempo: accelerando protoni e facendoli scontrare contro atomi di elio in un tubo a vuoto è stato possibile produrre antiprotoni.

Perché l'antimateria è così importante? Si suppone che nell'istante del Big Bang materia e antimateria fossero presenti nella stessa quantità, mentre attualmente l'antimateria è presente in quantità esigue rispetto alla materia. Data questa premessa, ci si chiede quale sia il motivo che ha portato ad una disparità tra particelle ed antiparticelle, favorendo la presenza delle prime nel mondo che conosciamo oggi.

Secondo quanto detto fino ad ora, materia ed antimateria non possono coesistere nello stesso spazio in quanto avverrebbe la già citata annichilazione, ma una teoria assume che alcuni ammassi di antimateria sarebbero riusciti a separarsi grazie ad ampi spazi intergalattici essenzialmente vuoti: poiché i fotoni emessi dall'antimateria sono uguali a quelli della materia (il fotone è l'antiparticella di sé stesso) non abbiamo la possibilità di riconoscere questi ammassi di antiparticelle.

Oppure semplicemente i processi di annichilazione avvengono in luoghi talmente lontani da non essere rilevabili dai nostri strumenti. Per ora esistono varie teorie non dimostrate su questa singolare interazione, l'unica certezza è che l'antimateria esiste ed è stata rilevata negli esperimenti, ma sfugge al nostro occhi.

Da risultati teorici, viene assunta l'esistenza di una certa asimmetria dell'universo che ha fatto sì che l'antimateria sparisse quasi del tutto, ovvero che nel processo di annichilazione in qualche modo la materia venisse favorita rispetto all'antimateria.

Il modello standard non riesce a spiegare perché l'universo esiste ancora, visto che la simmetria tra materia ed antimateria implica che la materia dovrebbe essere annichilita da uguali quantità di antimateria. Per questo di sta indagando per rafforzare i risultati teorici sull'esistenza della cosiddetta violazione della simmetria cp (carica parità), che ammette la possibilità di una disparità in favore della materia rispetto all'antimateria. Per ora già esistono dimostrazioni sperimentali della violazione di tale simmetria, ma non sono sufficienti a darne una spiegazione esaustiva.

L'esperimento dei giapponesi chiamato T2K prevede che dei neutrini vengano letteralmente sparati dalla costa est del Giappone fino a 295 chilometri di distanza verso la prefettura di Gifu: parliamo di particelle minuscole e neutre che non risentono delle interazioni elettromagnetiche, dunque passano attraverso la materia senza alcun problema (non è necessaria la costruzione di alcun tunnel per il passaggio di neutrini). Nello sparare fasci di antineutrini è stata rilevata una differenza nell'oscillazione tra particelle ed antiparticelle, che potrebbe condurre alla scoperta di una nuova fisica al di là del modello standard.

Mark Hantz, collaboratore del progetto, ha affermato che "i dati sono troppo pochi per poter affermare qualcosa, ma siamo eccitati nel raccoglierli in favore della teoria della violazione della simmetria CP". Recentemente sono stati raccolti dati che ne hanno raddoppiato il totale disponibile e il pronostico è continuare a raccoglierli per altri 10 anni. Mark ha dichiarato che "nel 2026 ci aspettiamo un livello di confidenza del 99,7% nell'affermare con certezza la violazione della simmetria CP" (ndr: il 99,7% di confidenza indica che la violazione della simmetria sarebbe certa al 99,7%).

Vi lasciamo con un'interessante video qui in basso per i curiosi che voglio approfondire l'argomento.

FONTE: Phys.org Quanto è interessante?
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