9. La violazione della simmetria

di Gino Isidori

Come è possibile generare un'asimmetria fra materia e antimateria partendo da una configurazione iniziale perfettamente simmetrica?

Se esistesse un solo tipo di particelle (e antiparticelle), ad esempio solo l'elettrone (e il positrone), sarebbe impossibile generare tale asimmetria: questo richiederebbe di violare il principio di conservazione della carica elettrica, in totale contrasto con tutte le evidenze sperimentali in nostro possesso.

Tuttavia, sappiamo che esistono diversi tipi di particelle subatomiche. I nuclei atomici, ad esempio, sono composti da protoni e neutroni. Sappiamo inoltre che tutte le particelle subatomiche non sono degli oggetti immutabili ma possono trasformarsi le une nelle altre, in particolar modo per effetto delle interazioni nucleari deboli. Ad esempio il neutrone, che ha una carica elettrica nulla, può decadere , trasformandosi in un protone e un elettrone (di cariche uguali ed opposte) più una nuova particella di carica nulla (un anti-neutrino). E analogamente l'anti-neutrone può decadere  formando un anti-protone, un positrone ed un neutrino.

Come dimostrò nel 1967 Andrei Sakharov (che oltre ad essere un fisico illustre fu anche insignito del premio Nobel per la pace, nel 1975), una delle condizioni necessarie per creare l'asimmetria fra materia e antimateria che oggi osserviamo nel Cosmo è che i processi di decadimento (o più in generale le interazioni) di particelle ed antiparticelle non siano perfettamente speculari. Questo fenomeno è noto in gergo tecnico come violazione della simmetria CP, ovvero la violazione della simmetria che lega materia e antimateria.