0104. Quanti grammi di anti-materia esistono in media al mondo?

  Quanti grammi (nano grammi etc...) di anti-materia esistono in media al mondo? Ce n'è di più nei fasci accumulati negli acceleratori o nei prodotti dei raggi cosmici? (Piero Vasti)

La quantità totale di anti-materia prodotta agli acceleratori nel mondo ammonta a circa 10 nanogrammi all'anno (1 nanogrammo = 10^-9 grammi cioè un miliardesimo di grammo ). In questo caso, per anti-materia, si intende essenzialmente la produzione di anti-particelle come anti-protoni e positroni.

Alla fine degli anni '60 il fisico Bruno Touschek propose di fare collidere frontalmente elettroni e positroni per studiare sperimentalmente uno dei fenomeni più interessanti, quello dell'annichilazione materia-antimateria. Presso i Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) dell'INFN , nel 1961, venne costruito il primo anello di accumulazione detto anche collisionatore e-e+ per elettroni (e¯) e positroni (e+), AdA , subito seguito dalla realizzazione di un progetto molto più grande, ADONE . Nei cinquanta anni successivi furono costruiti circa 20 collisionatori  e-e+ , di dimensioni e potenza sempre maggiori. Il disegno mostra una rappresentazione grafica della produzione ad elevata energia. di particelle e antiparticelle presso il più grande collisionatore elettrone-positrone che sia stato costruito, il LEP del CERN, che è stato in  funzione tra il 1989 e il 2004.

È interessante notare che presso queste grandi macchine acceleratici di particelle, sono in corso esperimenti per produrre atomi di anti-materia: al CERN, ad esempio, negli ultimi anni sono stati per la prima volta prodotti atomi di anti-idrogeno (un positrone che orbita attorno ad un anti-protone) . Nei raggi cosmici , esistono, e sono state rivelate da recenti esperimenti - su palloni stratosferici e a bordo dello Space Shuttle della NASA – anti-particelle, sempre nella forma di anti-protoni e positroni, come prodotti secondari delle interazioni dei raggi cosmici (approfondimento nostro circuito sui raggi cosmici) con la materia interstellare che permea la nostra galassia. Ma si tratta di quantità minime destinate a subire i noti processi di annichilazione con la materia ordinaria non appena, nel caso della Terra, inizino ad attraversare gli strati più densi dell'atmosfera. Questo è il motivo per il quale un esperimento che voglia cercare - e trovare - anti-materia nei raggi cosmici deve essere collocato in orbita o almeno alle quote dove l'atmosfera è meno densa (35-40 km di altezza). Alcuni esperimenti, attualmente in fase di realizzazione, che vedono impegnato un consistente numero di fisici italiani - AMS installato Stazione Spaziale Internazionale e PAMELA  - lanciato nel 2006 con un satellite russo -, sono stati progettati per dare la "caccia" all'anti-materia nell'Universo e cercare di dare una risposta ad uno dei fondamentali quesiti della Cosmologia: che fine ha fatto l'anti-materia che, secondo la teoria del Big Bang doveva trovarsi agli inizi in quantità esattamente eguali alla materia ? Quali sono i meccanismi fisici che ne avrebbero causato la scomparsa? Allo stato attuale sono disponibili solo diverse ipotesi in attesa dei risultati che gli esperimenti nello spazio insieme a quelli progettati ed in corso alle macchine acceleratici di particelle saranno in grado di fornire.

Marco Ricci – Fisico