Categorie: Le origini Meccanica quantistica
Tags: antimateria CPT simmetria
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:14
Protone e antiprotone: sempre più "uguali" **
La news che riporto riguarda un’ulteriore e più raffinata conferma della perfetta simmetria che esiste tra protone e antiprotone. Da un lato si spera sempre di trovare un minima differenza che possa spiegare perché la materia abbia avuto il sopravvento sull’antimateria. D’altra parte, questa perfezione sempre più raffinata, impone modelli sempre più sofisticati che prendano in considerazione particelle del tutto sconosciute o quasi. Forse, attraverso di loro, si potrebbe capire molto meglio come è nato l’Universo e dare un ruolo diverso sia alla meccanica quantistica che alla gravità.
Per affrontare questo tipo di discorso, anche a livello divulgativo, è necessario fare un po’ di storia della scoperta dell’antimateria e della CPT. Per CPT, intendiamo il fatto che un sistema rimane invariato se tre fondamentali proprietà vengono ribaltate. Una è la carica (quella che distingue materia dall’antimateria), una è la parità (che implica una rotazione di 180° nello spazio) e l’ultima è il tempo (che deve scorrere in senso opposto). In altre parole, una particella di antimateria è un’immagine perfettamente speculare di una particella di materia. Qualcosa a riguardo si era già accennata durante la spiegazione dei diagrammi di Feynman nella QED.
Ci vorremmo aspettare che una certa particella di antimateria abbia un comportamento diverso da quella corrispondente di materia, in modo che si possa spiegare perché una è rimasta e l’altra no. E, invece, niente. Si comportano nello stesso identico modo. Non si riesce a violare la CPT.
In ogni modo, state molto attenti se incontraste un alieno perfettamente uguale a voi e vi tendesse la mano sinistra (senza essere mancino)… potrebbe essere fatto di antimateria e ve ne accorgereste troppo tardi!
L’ultimo esperimento fatto al CERN, ha calcolato il rapporto tra carica e massa sia per i protoni che per gli antiprotoni. Essi sono risultati identici fino a 69 parti su un trilione. L’invarianza della CPT rimane sempre più solida. Non per niente si è già messa in ballo la supersimmetria… ma questa è un’altra storia (per adesso).
Tuttavia, lo scopo di questo breve articolo va oltre la notizia del CERN. Mi ha fatto pensare che sarebbe bello riuscire a spiegare con parole semplici sia il mare di Dirac (che ha dato il via all’antimateria) sia la CPT. Un discorso che vede pesantemente coinvolti personaggi come Pauli, Feynman e Majorana. Quest’autunno ci vorrei provare… che ne dite?
14 commenti
Bellissima idea
Aspettiamo con molto interesse
Una possibilità di questa disparità potrebbe essere legata anche ai neutrini di Majorana, che avrebbero dato inizio ad un processo chiamato leptogenesi che favorì la materia sull'antimateria.
Quello che fai rimane,non solo a noi "soliti",se ti viene voglia di farlo per noi è tutto guadagnato,grazie.
Sisi che bello, tra l'altro avevi già cominciato ad accennare al discorso del mare di dirac parlando del Big bang....
Affascinantissimo (si dice? Mah , io l'ho detto), dai Enzo illuminaci l'autunno con questo. La mente, grande, di Majorana mi ha sempre colpito ed affiancata a Pauli e Feynmann è da sballo (oggi mi è presa così, forse per le ferie incombenti). Ragazzi diciamolo ai nostri giovani che a volte si perdono pericolosamente: lo sballo è questo, è la meraviglia della natura e dell'Universo, non certo , non assolutamente altro a cui purtroppo un nutrito gruppo di loro si dedica, aiutati sempre da adulti che se va' bene sono distratti e se va' male sono profondamente colpevoli.
Dai Enzo illustraci queste meraviglie per un autunno caldo...di Scienza.
grande Mario!
Spero solo di riuscirci (non è impresa semplice essere semplici è molto meglio restare sul difficile....come sapete bene...)
Pienamente concorde con Mario anch'io sballo con Majorana Pauli e Feynmann...
così non sente la mia mancanza (o quella di altri) 
e esponetegli quesiti perplessità varie senza timore almeno finché abbiamo la possibilità e la fortuna di averlo
) tra noi. 
E ai giovani dico: Approfittatene e rompete pure le scatole ad Enzo
(lunga vita
Caro Enzo, ti sei specializzato in domande pleonastiche.
Non è che vuoi darti alla politica?
Grazie alla tua guida stiamo affrontando l'oceano del cosmo, cosa vuoi che sia un ... mare (sia pure di Dirac)?
... e allora .... vai ... ENZONE!!
Enzo, l'inversione della carica e l'inversione della parità posso anche arrivarci a capire.
Ma il tempo che va in senso opposto proprio non ci prendo! Perchè se per l'antimateria la freccia del tempo fosse dal presente al passato, non basterebbe questo per spiegare l'assenza di antimateria e la vittoria della materia?
Si, molto volentieri. La cosa mi affascina parecchio
caro Gaetano,
innanzitutto dire che le antiparticelle ammettono la completa CPT vuol dire che le leggi fisiche possono essere tranquillamente confermate anche se avviene il ribaltamento simultaneo di tutte e tre le proprietà. Questo vuol dire che finora non si è riusciti a trovare una qualsiasi legge fisica che sia diversa per materia e antimateria. Se si trovasse questa legge vorrebbe dire che le due particelle si comporterebbero in modo diverso e quindi potrebbero anche essersi evolute in modo diverso: una è scomparsa e l'altra no. Il tutto detto in parole estremamente semplici (se no non avrei bisogno di andare a fondo del problema). La battuta dell'alieno era, ovviamente, uno scherzo...
Poi, se ti ricordi la descrizione delle interazioni tra fotone ed elettrone trattate nella QED, ricorderai benissimo che il positrone può essere considerato come un elettrone che viaggia indietro nel tempo. Tutto finisce nella QED e nella cromodinamica quantistica (legata all'interazione forte). La faccenda però è abbastanza complicata concettualmente e ha bisogno di una descrizione per gradi, partendo dalla nascita dell'antimateria (Dirac). Non è argomento di cui si può parlare liberamente senza le necessarie basi di partenza. Proprio quello che troppe volte viene fatto a destra e a manca...
Abbiate fede e pazienza e cercherò di parlarne nel modo più intuitivo e semplice possibile
N.B.:
Volevo aggiungere un breve commento per Gaetano e non solo. Cerchiamo di non fare confusione tra simmetria CPT e antimateria e materia. Esse sono legate per via ... indiretta.
Il teorema della CPT dice solo (si fa per dire) che le leggi fisiche sono invarianti se si applicano tutte e tre le trasformazioni. Finora sembra indistruttibile. Ma se vale questo teorema perché mai c'è più materia che antimateria? Quest'ultimo fatto ci dice che l'Universo è asimmetrico, proprio l'opposto della CPT. Ecco perché si cerca di capire sempre meglio se la CPT è sempre verificata. Se non lo fosse si potrebbe pensare a un Universo asimmetrico, ma se resiste (come sembra) l'antimateria dovrebbe essere tanta quanta la materia e quindi ... la spiegazione deve stare da qualche altra parte. ma è molto dura trovarla senza rompere la CPT.
Come vedete l'argomento è molto delicato e può portare a dire cose che vengono fraintese o comprese in modo diverso da ciò che sono. Questo è il motivo vero che mi ha spinto al tentativo di darne una spiegazione articolata e -se possibile- semplificata.
Grazie Enzo!
Consentitemi qualche considerazione da uomo della strada che prova ad utilizzare i rudimenti di un approccio logico a questioni da far tremare i polsi.
Pensando alla disparità cosmica tra materia ed antimateria mi è venuto in mente … l’idrogeno molecolare.
Nella molecola d’idrogeno (H2) i due protoni possono avere spin parallelo o antiparallelo. Potrebbe sembrare che le due configurazioni siano equivalenti e che la natura non debba privilegiare una delle due: in fondo è plausibile che il generico protone dell’idrogeno atomico abbia il suo proprio spin e che, all’atto della sintesi, questo orientamento possa essere conservato.
In effetti, le due configurazioni NON sono equivalenti, differendo leggermente sul piano energetico. In assenza di sollecitazioni esterne l’idrogeno molecolare presenta una sola configurazione, quella a minore energia, nel pieno rispetto del principio naturale di economia.
Dunque la natura, fra due configurazioni apparentemente equivalenti, ha fatto la sua scelta.
Cosa centra tutto questo con materia ed antimateria? Di preciso non saprei, ma mi è venuto in mente che anche in questo caso la natura possa aver fatto la sua scelta e che l’equivalenza potrebbe essere solo apparente.
C’è qualcosa di estraneo alla carica elettrica, alla massa ed alla rotazione (le grandezze che gli scienziati prendono in esame per definire la simmetria), che potrebbe rompere la simmetria tra materia ed antimateria? Forse qualcosa connesso ad una proprietà dell’universo che non possiamo osservare e che influisce sul comportamento della materia? L’universo, inteso come unicum spazio-temporale, sarà in rotazione? Esiste una carica elettrica generale dell’universo ed un suo campo magnetico generale? Sarebbe strano se così non fosse.
Nell’atomo di materia è la carica negativa (elettroni) “a ruotare” intorno a quella positiva (protoni).
Nell’atomo di anti-materia è la carica positiva (positroni) “a ruotare” intorno a quella negativa (anti-protoni).
Può bastare questo ad introdurre un’asimmetria di comportamento rispetto all’universo, forse mai misurabile, visto che siamo dentro lo spazio-tempo?
Certo, tutto ciò che non è misurabile non è scienza, però ogni tanto mi piace vagare con la mente ….
Se invece l’equivalenza fosse effettiva, mi sembra che il quadro potrebbe essere più semplice: quando la materia fu “creata” si ebbe una “produzione industriale” di protoni, antiprotoni, elettroni, positroni. A parità di condizioni sembra corretto pensare che, a tanti protoni, dovessero corrispondere altrettanti antiprotoni; a tanti elettroni, altrettanti positroni. Ma, non possiamo certo pensare che l’equilibrio fosse davvero perfetto: nulla di strano se, nel complesso, una delle due forme avesse sopravanzato l’altra di un 5% o anche di un 10%!
Bene: dov’è allora l’antimateria? Perché non esistono galassie di antimateria? Beh, le galassie si sono formate parecchio tempo dopo la comparsa della materia; forse, nel frattempo, la reciproca annichilazione ha condotto alla conservazione della sola forma inizialmente prevalente, quella che noi chiamiamo materia.
E se qualche anti-galassia esistesse davvero? Potremmo scoprirla con il solo aiuto degli strumenti in nostro possesso? In cosa un’anti-galassia si differenzia da una galassia, alla luce della sola osservazione elettromagnetica?
Certo di aver sufficientemente adirato il Gran Maestro con la mia metafisica, ed essendo pronto a subirne gli strali, mi levo subito di torno!