Microscopi dell'invisibile

8. Come si crea un fascio di particelle

percorso di Silvia Miozzi

Materia

L’esempio più semplice è una sorgente di elettroni. Si tratta di un filamento caldo, come quello di una lampadina ad incandescenza dal quale per effetto termoionico vengono estratti gli elettroni. Un’altra possibilità è di sfruttare l’effetto fotoelettrico che permette l’emissione di elettroni da una superficie metallica quando viene colpita da una radiazione elettromagnetica con determinata lunghezza d’onda. Se la sorgente è posta in un campo elettrico gli elettroni così generati saranno tutti accelerati nella stessa direzione.

creazione fotoni

sorgente protoni

 

 

Per creare una sorgente di protoni la scelta ideale è partire dall’atomo di idrogeno, formato da un protone e un elettrone, e strappargli l’elettrone. Per fare questo si utilizza idrogeno in forma gassosa posto in un forte campo elettrico che, ionizzando il gas, è in grado si separare i protoni dagli elettroni e dirigerli tutti nella stessa direzione.

 

 

Antimateria

La creazione di una sorgente di antimateria è più complicata perché le particelle di antimateria non esistono nella materia ordinaria con cui ci confrontiamo quotidianamente e bisogna crearle. Inoltre non essendo stabili (si annichilano non appena incontrano la materia) è difficile raccoglierle in una quantità sufficiente all’utilizzo.

Per creare positroni si utilizza un processo chiamato creazione di coppie. Un fascio di elettroni viene inviato contro una piastra di tungsteno, quando uno di essi si scontra con un nucleo, viene fortemente deflesso dai protoni presenti causando l’emissione di un fotone ad alta energia. Questo a sua volta, interagendo con il campo elettrico di un nucleo può, con notevole probabilità, convertire la propria energia creando una coppia elettrone-positrone. Affinché il processo sia possibile, l’energia dei fotoni deve essere almeno pari alla somma delle masse delle particelle create. I positroni vengono poi separati dagli elettroni con l’uso di un magnete.

 

as7 2 Asimmetrie Infn

Produzione dei positroni: facendo incidere un elettrone (e-) contro un materiale ad alto numero atomico si produce uno sciame di positroni (e+), fotoni (γ) ed elettroni (e-). Con l’ausilio di magneti, i positroni vengono raccolti e guidati verso una struttura accelerante da un lato, gli elettroni dall’altro. (F. Cuicchio - Asimmetrie INFN)

Per la creazione di antiprotoni si utilizza un fascio di protoni accelerato in un sincrotrone e successivamente inviato contro un bersaglio di nichel. Se l’energia disponibile nell’urto è sufficiente si creano una serie di particelle e antiparticelle, tra queste gli antiprotoni vengono separati applicando un forte campo magnetico e raccolti in un accumulatore.

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