Materia e antimateria: dalle particelle agli atomi

Abstract

Le leggi che governano l’universo risultano sorprendentemente valide anche per un tipo di materia del tutto simile a quella reale ma con proprietà per molti aspetti opposte. L’esistenza di questa cosiddetta antimateria è stata dapprima prevista teoricamente, poi confermata da numerose osservazioni di particelle subnucleari, in ricerche sperimentali sempre più evolute che hanno recentemente portato fino alla produzione in laboratorio di antimateria allo stato atomico. La validità generale delle leggi fisiche porterebbe a pensare che nell’universo materia e antimateria siano presenti in egual misura. Ma questo contrasta con la nostra esperienza, secondo la quale l’antimateria nell’universo esiste solo in minima parte, con una presenza effimera (creazione e annichilazione di coppie particella-antiparticella) o latente (come componente di particelle instabili). Come mai dunque l’universo presenta una così grande asimmetria tra materia e antimateria, quando secondo le leggi fisiche conosciute dovrebbe esserci una completa simmetria? Una risposta esauriente a questo quesito non è ancora stata data. Nel seguito cercheremo di suggerire alcune indicazioni in merito, partendo dalla costruzione della materia e dell’antimateria a partire dai loro “mattoni” fondamentali, le particelle subatomiche elementari, ed esaminando le proprietà delle interazioni fisiche: una possibile violazione di qualche principio di simmetria o conservazione tra antimateria e materia potrebbe aprire la strada alla comprensione dell’asimmetria dell’universo. Una tale violazione finora non è mai stata osservata, sia perché - se pure esistesse- dovrebbe essere di entità molto piccola, sia soprattutto perché per osservarla bisognerebbe avere a disposizione quantità macroscopiche di antimateria. Finora questo non è avvenuto, ma la recente produzione di atomi di antiidrogeno a basse energie da parte dell’esperimento Athena al Cern di Ginevra potrebbe aprire nuovi scenari in questo senso. Nella seconda parte del lavoro descriveremo pertanto la tecnica sperimentale che ha portato a tale risultato, e alcune prospettive di ricerca che questo apre per il prossimo futuro