L'UMBRIA A CACCIA DI ANTIMATERIA

Se credete che antimateria, raggi cosmici e materia oscura siano esclusivo appannaggio dei supereroi, non avete tenuto in giusta considerazione i ricercatori dell'Università di Perugia e del Polo Scientifico di Terni.
Alcune fra le parti più sofisticate delle strumentazioni che serviranno a rilevare tracce di antimateria, e a determinare origine e composizione di materia oscura e raggi cosmici nello spazio, hanno il marchio “made in Umbria”. Rappresentano infatti il risultato di 15 anni di ricerche e sperimentazioni compiute dalla sezione di Perugia dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), guidata dal professor Roberto Battiston, in stretta collaborazione con il laboratorio SERMS del polo scientifico di Terni, e con il gruppo di lavoro coordinato dal Premio Nobel Samuel Ting, che si avvale di studiosi in forza alla prestigiosa Università del Massachusetts (MIT) e al CERN di Ginevra.




Dunque, nel Settembre 2010, gli astronauti della missione STS-134 dello Shuttle Endeavour, fra i quali l'umbro di adozione Roberto Vittori, porteranno fino alla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) uno strano marchingegno, fatto più o meno come quello costruito a Ginevra, ma “da viaggio”. Basti pensare che la struttura ad anello del CERN ha un diametro di 9 chilometri, mentre l' AMS, il magnete superconduttore disegnato appositamente per operare nello spazio, misura in tutto solo 4 x 4 x 4 metri cubi, e pesa meno di 8 tonnellate.
COS'E' L'ANTIMATERIA - Uno degli scopi fondamentali dell' AMS sarà quello di verificare l'esistenza di antimateria nello spazio. E - data la quantità di lavoro, il coinvolgimento di personalità scientifiche degne del più grande rispetto, e l'impiego dello Shuttle come mezzo di trasporto - viene da pensare che questo affare dell'antimateria sia qualcosa di molto importante. Ma che cos'è l'antimateria in realtà? La parola direbbe che è l'antitesi della materia. Ed in effetti è così. Le antiparticelle di cui è composta l'antimateria, hanno caratteristiche esattamente opposte a quelle di cui è formata la materia. E il fatto interessante è che, se materia e antimateria vengono in contatto, si annullano a vicenda, sprigionando una quantità enorme di energia.
Il processo è valido anche al contrario: in speciali laboratori dove sono disponibili grandi quantità di energia, è stato possibile convertire piccole quantità di materia in antimateria, per verificare a livello pratico la correttezza delle ipotesi costruite teoricamente.
UNO DEI PIU' GRANDI MISTERI DELLA TEORIA DEL BIG BANG - Molti scienziati sono propensi a credere che, al momento del Big Bang - l'esplosione che ha dato vita al nostro Universo - materia ed antimateria siano state prodotte in quantità equivalenti. Ma, date le loro qualità uguali ed opposte, venendo in contatto fra loro si sarebbero distrutte a vicenda, sprigionando una quantità smisurata di energia che ancora oggi siamo in grado di registrare sotto forma di radiazioni cosmiche.
Il fatto strano è che, alla fine di questi scontri e distruzioni reciproche, il bilancio totale non sia stato il nulla, come ci sarebbe da aspettarsi. E' rimasta infatti della materia, che è poi quella da cui è composto tutto ciò che ci circonda. Il motivo? Gli studiosi ipotizzano che sia dovuto proprio alla loro natura opposta e speculare, che a lungo termine deve aver giocato a favore di uno squilibrio fra materia e antimateria, con un accumulo maggiore della prima rispetto alla seconda. Ma l'argomento resta ancora molto controverso, e fonte di accese dispute nell'ambiente scientifico. Se la missione dell'AMS trovasse traccia di antimateria nello spazio, ci sarebbero nuovi elementi per chiarire il mistero.
A COSA CI SERVIREBBE – L'antimateria potrebbe rappresentare una straordinaria fonte di energia. Quando materia e antimateria si incontrano, tutta la massa delle particelle ed antiparticelle viene convertita in energia. In teoria, questo processo permetterebbe di ottenere enormi quantità di energia da quantità estremamente esigue 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 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. Sempre a livello teorico, dato che l'energia prodotta dalla distruzione reciproca di materia e 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.

Ma, data la sua scarsità in natura, l'antimateria non è una valida fonte di energia. Certo, è possibile produrla in laboratorio, ma si tratta di un processo estremamente difficile e dispendioso. Sono necessari acceleratori di particelle ed enormi quantitativi di energia, di gran lunga superiori a quelli rilasciati dopo lo scontro con la materia ordinaria, il ché rende l'impresa a dir poco sconveniente. A meno che non vengano scoperte fonti naturali di antimateria (ed è questo uno degli scopi della missione AMS), o non si trovi un processo efficiente di produzione e di conservazione, evitando che si distrugga con la materia che ne costituirebbe il serbatoio, il possibile sfruttamento dell'antimateria rimarrà più che altro una mera curiosità scientifica.
L'antimateria è utilizzata principalmente per studiare le interazioni tra particelle elementari, ma ha anche un'applicazione tecnologica: la tomografia ad emissione di positroni, o PET, uno strumento di diagnostica medica che utilizza l'emissione di positroni (le antiparticelle opposte agli elettroni) per realizzare immagini ad alta risoluzione degli organi interni dei pazienti.
LA STORIA DELLA SCOPERTA DELL'ANTIMATERIA - La storia della scoperta e dello studio dell'antimateria è costellata da straordinari personaggi che, dagli inizi del secolo scorso, hanno posto le basi della fisica moderna. La prima ipotesi dell'esistenza dell'antimateria è del fisico Paul Dirac che – nel 1930 - per primo pensò al positrone come antiparticella dell'elettrone. Nel 1932, Carl David Anderson riuscì a sperimentarne concretamente l'esistenza, utilizzando uno strumento dal nome affascinante: la camera a nebbia. Nel 1959, i fisici Emilio Segrè e Owen Chamberlain scoprirono l'antiprotone, che valse ad entrambi il Premio Nobel. Nel 1965 – per mezzo dell'acceleratore di particelle PS (Proto Sincrotone) del CERN di Ginevra - il gruppo di ricerca condotto dal fisico italiano Antonino Zichichi scoprì il primo nucleo di antimateria, contemporaneamente a un gruppo del Laboratorio Nazionale di Brookhaven a New York. Nel 1978, un gruppo di ricercatori italiani e francesi guidati da Giorgio Giacomelli, scoprirono altri nuclei di antimateria. Nel 1997, al CERN ricercatori svizzeri, italiani, inglesi, danesi, giapponesi e brasiliani, che operavano sotto il progetto ATHENA, crearono i primi atomi di antidrogeno. Circa 50.000 particelle.


Daniela Querci (17/08/2009)