L'antimateria è stata definita in molti modi dalla letteratura popolare e ancor piú spesso è stata fraintesa e ha dato luogo a leggende bizzarre, ispirando non poco la fantascienza e i pruriti millenaristi di molti autori.
Tuttavia, per quanto incredibile possa apparire, l'antimateria, la «materia al contrario», esiste davvero; anzi, è teoricamente necessaria. Elusiva e inafferrabile, è stata scoperta inconsapevolmente da un fisico russo, con un esperimento chiarissimo che però non si seppe interpretare nel modo giusto, per essere poi predetta teoricamente dal grande Dirac, che la ipotizzò per necessità formali, lavorando di carta e penna. Eppure, solo anni dopo, nel 1932, si arrivò a «vedere» effettivamente un positrone, l'inequivocabile antiparticella di un elettrone.
Per sua natura, l'antimateria è piuttosto pericolosa: annichila, fa completamente sparire nel nulla la materia «ordinaria» con cui entra in contatto, distruggendo se stessa e ottenendo in cambio energia, tutta l'energia possibile intrappolata nel mondo fin dai tempi del Big Bang. Non è strano quindi che la storia dell'antimateria, avvincente e tortuosa, accompagni da un lato le grandi scoperte della fisica del Novecento e dall'altro alimenti i timori e i misteri delle forze liberate dalla natura. In questo libro Frank Close coglie in pieno questo doppio registro, narrativo e scientifico, coinvolgendo Dan Brown, la misteriosa esplosione di Tunguska del 1908, la US Air Force, ma anche la splendida storia dei giganti della fisica, dalla rivoluzione quantistica ai prossimi, promettenti esperimenti sull'origine dell'Universo. (WWW.TRECCANI.IT)
Tuttavia, per quanto incredibile possa apparire, l'antimateria, la «materia al contrario», esiste davvero; anzi, è teoricamente necessaria. Elusiva e inafferrabile, è stata scoperta inconsapevolmente da un fisico russo, con un esperimento chiarissimo che però non si seppe interpretare nel modo giusto, per essere poi predetta teoricamente dal grande Dirac, che la ipotizzò per necessità formali, lavorando di carta e penna. Eppure, solo anni dopo, nel 1932, si arrivò a «vedere» effettivamente un positrone, l'inequivocabile antiparticella di un elettrone.
Per sua natura, l'antimateria è piuttosto pericolosa: annichila, fa completamente sparire nel nulla la materia «ordinaria» con cui entra in contatto, distruggendo se stessa e ottenendo in cambio energia, tutta l'energia possibile intrappolata nel mondo fin dai tempi del Big Bang. Non è strano quindi che la storia dell'antimateria, avvincente e tortuosa, accompagni da un lato le grandi scoperte della fisica del Novecento e dall'altro alimenti i timori e i misteri delle forze liberate dalla natura. In questo libro Frank Close coglie in pieno questo doppio registro, narrativo e scientifico, coinvolgendo Dan Brown, la misteriosa esplosione di Tunguska del 1908, la US Air Force, ma anche la splendida storia dei giganti della fisica, dalla rivoluzione quantistica ai prossimi, promettenti esperimenti sull'origine dell'Universo. (WWW.TRECCANI.IT)
In fisica l'antimateria è l'insieme delle antiparticelle, corrispondenti per massa alle particelle che costituiscono le materia ordinaria, ma con carica di segno opposto. Ad esempio un atomo di "antidrogeno" è composto da un antiprotone caricato negativamente, attorno al quale orbita un positrone (antielettrone) caricato positivamente.
Se particella e antiparticella vengono a contatto si distruggono, emettendo fotoni ad alta energia (raggi gamma) o altre coppie di particelle-antiparticelle, tali che la somma dell'energia totale, precedente e seguente l'impatto, rimanga costante.
Differenze tra materia ed antimateria [modifica]
Le particelle e le antiparticelle vengono descritte da un unico oggetto matematico, cioè un campo quantizzato. L'unione tra relatività ristretta e meccanica quantistica porta necessariamente alla distinzione di componenti ad energia positiva e negativa per il campo. Una volta quantizzato il campo (le tecniche per procedere alla quantizzazione vanno sotto il nome generico di seconda quantizzazione) l'energia e laquantità di moto dei campi è data, rispettivamente, dalla somma delle energie, o delle quantità di moto, delle particelle e delle antiparticelle del sistema, nel modo seguente:
dove abbiamo indicato con 
l'energia del campo, con 
il suo impulso e con 
ed 
, rispettivamente, gli operatori che forniscono il numero di particelle e antiparticelle con impulso 
. Analogamente la carica del campo è proporzionale alla differenza degli operatori numero: se una particella ha una certa carica, la sua antiparticella ha la carica di segno opposto. Per esempio, i leptoni carichi (elettroni, muoni e tau) hanno una carica negativa pari a -e, mentre le loro antiparticelle (positroni, antimuoni e antitau) hanno carica +e.
l'energia del campo, con il suo impulso e con ed , rispettivamente, gli operatori che forniscono il numero di particelle e antiparticelle con impulso . Analogamente la carica del campo è proporzionale alla differenza degli operatori numero: se una particella ha una certa carica, la sua antiparticella ha la carica di segno opposto. Per esempio, i leptoni carichi (elettroni, muoni e tau) hanno una carica negativa pari a -e, mentre le loro antiparticelle (positroni, antimuoni e antitau) hanno carica +e.
Come si vede, matematicamente non c'è alcuna differenza tra particelle e antiparticelle, a parte il segno della carica, che è però convenzionale, quindi un universo costituito di antiprotoni, antineutroni e positroni sarebbe comunque stabile. Uno dei problemi irrisolti della cosmologia è giustificare il fatto che l'universo sia composto per la maggior parte di particelle: naturalmente il nome "particella" e "antiparticella" è puramente convenzionale, quindi in realtà la domanda si formula meglio chiedendo il motivo per cui sono presenti decisamente più particelle "di un tipo" piuttosto che "dell'altro".
Se una parte di antimateria si annichilisce a contatto con della materia ordinaria, tutta la massa delle particelle ed antiparticelle annichilite viene convertita in energia. Questo processo permetterebbe di ottenere enormi quantità di energia da quantità molto piccole di materia ed antimateria, al contrario di quanto avviene invece per le reazioni nucleari e chimiche, dove a parità di massa di combustibili utilizzati viene prodotta una quantità di energia molto più piccola. 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 petroliofornisce 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.
A livello teorico, dato che l'energia prodotta dall'annichilimento materia/antimateria è nettamente superiore a quella prodotta da altri sistemi propulsivi, il rapporto tra peso del carburante e spinta prodotta sarebbe estremamente vantaggioso. L'energia ottenibile dalla reazione di pochi grammi di antimateria con altrettanti di materia sarebbe sufficiente a portare una piccola navicella spaziale sulla Luna.
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 cifra per produrre 10 milligrammi di positroni è stata stimata in 250 milioni di dollari, equivalenti a 25 miliardi di dollari per grammo.[13] La NASA fece una stima di 62.500 miliardi di dollari per produrre un grammo di antidrogeno,[14] considerandolo quindi il materiale più costoso da produrre. Secondo le stime del CERN, la produzione di un miliardesimo di grammo di antiparticelle (il quantitativo utilizzato negli esperimenti) è costato alcuni milioni di Franchi svizzeri.[15]
Se fosse possibile produrre e allo stesso tempo immagazzinare facilmente antimateria, il suo uso potrebbe estendersi anche allo smaltimento dei rifiuti compresi quelli ad 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 o attorno ai grandi pianeti come Giove)[16], il suo possibile sfruttamento rimarrà una mera curiosità scientifica.
(WIKIPEDIA.IT)
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