"Antimateria" suona come qualcosa uscito da una storia di fantascienza, ma è certamente reale, nonostante possa essere difficile da trovare nel nostro mondo.
L'antimateria è un argomento di discussione incredibilmente controverso per i ricercatori del cosmo, in particolare i fisici delle particelle, che attualmente non dispongono della tecnologia per svelare completamente il mistero dell'antimateria. antimateria e sue proprietà.
D'altra parte, l'origine e le proprietà chimiche e fisiche degli atomi costituiti da particelle di antimateria rimangono un mistero per la scienza moderna. Ci sono alcune teorie sul tavolo, ma nessuna è stata dimostrata (ma lo spiegherò più avanti).
Se sei interessato alla formazione della materia durante la creazione dell'universo, assicurati di leggere il nostro interessante articolo sul diverso teorie sull'origine dell'universo.
In relazione a ciò, oggi esistono molteplici teorie che cercano di spiegare l'origine e le proprietà delle particelle di antimateria, nonché di comprendere il ruolo che questi elementi svolgono nella meccanica cosmica.
Ci sono molte domande che sorgono da questo argomento:
Da dove viene l'antimateria?
Ci sono intere galassie di antimateria?
Dov'è finita tutta l'antimateria dopo il Big Bang?
Cosa succede se un'antiparticella entra in contatto con una particella di materia ordinaria?
Quanto costa produrre la nostra antimateria?
Stiamo sicuramente affrontando un argomento estremamente interessante, e in questo articolo spiegheremo gli aspetti più rilevanti legati all'incredibile mistero dell'antimateria nell'universo.
Pronto? Non smettere di leggere fino alla fine...
Cos'è l'antimateria?
Indubbiamente, il punto di partenza per spiegare questo argomento in modo approfondito è capire una volta per tutte cos'è l'antimateria e da dove viene?
No, l'antimateria non è una strana sostanza che uscirà dal guanto di Thanos per porre fine a metà della sua vita. In effetti, le particelle di antimateria sono molto comuni nell'universo (non così comuni come la materia, ma quasi).
Ad esempio, il nostro pianeta è costantemente bombardato da piogge cosmiche di antiparticelle. È vero che non possiamo vederli o sentirli, ma ci sono.
In termini generali, l'antimateria corrisponde agli atomi di materia che sono composti da qualcosa chiamato "antiparticelle", che sono elementi subatomici esattamente uguali alla materia ma con carica opposta, come una particella speculare.
Cioè, un antiprotone si comporta esattamente come un protone all'interno di un atomo, ma ha una carica negativa anziché positiva. Allo stesso modo, il gli antielettroni (o positroni) sono elettroni carichi positivamente.
Pertanto, l'interazione tra un antiprotone e un antielettrone porta alla formazione di un'antiparticella antiidrogeno.
La domanda che sorge allora sarebbe: ci sono "anti-universi" formati da atomi di antiidrogeno, proprio come il nostro universo è stato formato dall'idrogeno?
Questa sembra già una domanda per un altro post, per ora continuiamo.
Allo stesso modo, le interazioni più complesse tra antiparticelle possono cedere il passo a elementi chimici uguali a quelli noti all'uomo ma con proprietà magnetiche inverse (anticarbonio, antilitio, ecc.).
L'origine dell'antimateria
Sebbene la sua origine cosmica sia misteriosa quanto il Big Bang stesso, se possiamo raccontarvi un po' come abbiamo scoperto l'esistenza delle antiparticelle nel nostro mondo.
Le prime considerazioni su quelle che poi sarebbero state chiamate antiparticelle sono nate dalle proposte di Paul Dirac, negli anni '1920.
Dirac credeva che l'esistenza di particelle subatomiche con carica inversa ma con la stessa massa e proprietà di quelle della materia conosciuta fosse possibile e, quindi, queste sarebbero state in grado di formare atomi composti con proprietà simili ma invertire la carica elettromagnetica a quelle della materia. .
Solo 4 anni dopo aver proposto la sua teoria: l'equazione di Dirac, Carl Anderson riuscì a scoprire il primo elettrone con carica inversa, che chiamò positrone. Due decenni dopo, Owen Chamberlain avrebbe scoperto l'antiprotone e l'antineutrone.
Da allora, sono stati condotti numerosi esperimenti che cercano di rilevare, isolare e persino creare le nostre particelle di antimateria, a partire dall'elemento base: l'antiidrogeno.
Già nel 1995 l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare ha realizzato la sintesi nei laboratori della prima atomi di antiidrogeno. Purtroppo, gli atomi sono sopravvissuti per poco meno di un decimo di secondo.
Per il momento, il collisore di adroni in svizzera continua gli esperimenti per stabilizzare la conservazione degli atomi di antimateria.
Cosa succede alla materia e all'antimateria nell'universo?
Sebbene si sappia ancora molto poco sulle proprietà dell'antimateria, sono state osservate le reazioni chimiche risultanti dall'interazione di antiparticelle e particelle di materia.
Fondamentalmente, quando un'antiparticella, come un positrone, entra in contatto con il suo inverso nella materia, un elettrone, si scontrano immediatamente e si fanno esplodere a vicenda.
Il risultato della collisione tra materia e antimateria è il rilascio di una straordinaria quantità di energia espressa sotto forma di radiazione gamma.
È come se materia e antimateria fossero "esatti opposti" che non possono coesistere sullo stesso piano dello spazio-tempo.
La quantità di energia generata dalla collisione dell'antimateria è così grande che alcuni campi scientifici speculano su applicazioni di energia pulita che potrebbero derivare dalla manipolazione dell'antimateria.
Prezzo dell'antimateria: quanto costa l'antimateria?
Sembra strano, ma come qualsiasi altra sostanza al mondo, l'antimateria ha un prezzo. In effetti, è un prezzo molto alto, poiché le attrezzature necessarie per produrlo e mantenerlo sono altamente sofisticate.
In effetti, il passaggio più noioso attualmente corrisponde al conservazione dell'antimateria, poiché questo viene cancellato immediatamente quando viene a contatto con una particella di materia identica.
Attualmente, il CERN è riuscito a prolungare la vita degli atomi di antiidrogeno a circa 16 minuti utilizzando campi di isolamento elettromagnetico. Ma, come puoi immaginare, questo non è economico.
Per tutti questi motivi, l'antimateria è anche la sostanza conosciuta più costosa al mondo (anche se non puoi trovarla in farmacia).
Si ritiene che con le attuali tecniche di produzione sul mercato, la Il prezzo dell'antimateria sarebbe di circa 61.200 miliardi di dollari per ogni milligrammo.
A cosa serve l'antimateria?
viaggio interstellare
Mettendo da parte per un momento la considerazione realistica dell'incredibile quantità di denaro che costa produrre piccole quantità di antimateria, oltre a tutte le complicazioni che derivano dal processo di "creazione", possiamo speculare un po' sulle applicazioni pratiche che l'antimateria potrebbe dare vita. vita quotidiana.
Come ho accennato prima, l'energia generata dal lampo di raggi gamma che produce la cancellazione tra particelle di materia e antimateria è così grande che potrebbe superare di un fattore dieci miliardi la capacità di qualsiasi altra fonte di energia conosciuta al mondo. uomo.
In effetti, le stime attuali suggeriscono che un piccolo barattolo di antiprotoni potrebbe contenere abbastanza energia potenziale da portarci su Marte in pochi minuti. Molto meno dei 10 mesi che impiegano i nostri attuali razzi a combustibili fossili.
bomba all'antimateria
Ricordi la bomba all'antimateria che ha cercato di distruggere il Vaticano nel film Angeli e Demoni? Ebbene, non è che sia impossibile, ma la verità è che oggi sarebbe assurdamente impraticabile, o almeno troppo costoso.
Ma, in teoria, un paio di particelle di antimateria sarebbero in grado di generare un'onda d'urto centinaia di volte più potente della bomba nucleare di Hiroshima e con un residuo radioattivo molto più devastante, poiché l'energia potenziale della massa di antimateria, quando si scontra con la materia particelle si esprime in esplosioni di raggi gamma (che sono altamente radioattivi)
Infatti il conteggio ottenuto con la formula della relatività E=m.c², ci dice che la collisione di mezzo milligrammo di antimateria più mezzo milligrammo di materia ordinaria, provocherebbe un'esplosione di circa 22 kilotoni, 4 volte più potente della Tsar Bomb, il più devastante ordigno esplosivo costruito dall'uomo (a proposito, questa bomba pesava quasi 30.000 chili)
Applicazioni mediche dell'antimateria
Al momento si ritiene che l'uso degli antiprotoni sia fino a 4 volte più efficace dell'uso dei protoni della materia nel processo di scomposizione delle cellule tumorali all'interno del corpo.
Inoltre, oggi gli elettroni positivi (positroni) vengono utilizzati negli studi tomografici di alta qualità, poiché sono in grado di rilevare i processi metabolici all'interno del corpo con grande precisione.