La simmetria è una delle proprietà fondamentali della fisica e lo è ancor più quando si parla di materia e antimateria: esse sono identiche in tutte le loro caratteristiche tranne che nella carica elettrica, in caso contrario l’impianto teorico su cui si basa la fisica delle particelle vacillerebbe. Da oggi c’è una conferma in più a questa teoria: i ricercatori che lavorano al progetto Asacusa (Atomic Spectroscopy and Collisions using Slow Antiprotons) del Cern di Ginevra hanno calcolato la massa dell’antiprotone con estrema precisione, confermando che è identica a quella del protone. Lo studio è stato pubblicato su Nature.
Per i fisici le leggi della natura obbediscono a una simmetria fondamentale chiamata CPT (dove le tre lettere stanno per carica, parità e tempo). Secondo questa teoria, che è alla base della fisica delle particelle, se tutta la materia dell’universo fosse rimpiazzata da antimateria, se destra e sinistra si invertissero come quando si guarda in uno specchio e se il tempo viaggiasse al contrario, dal futuro verso il passato, l’“antiuniverso” che si otterrebbe sarebbe uguale a quello in cui viviamo – e dunque da esso indistinguibile. Perché questa teoria sia confermata, però, gli scienziati hanno bisogno di alcune prove. Una delle quali è proprio che l’antimateria pesi esattamente quanto la sua controparte di materia, come dimostrato dai fisici del Cern.
Per riuscirci gli studiosi hanno dovuto superare diverse difficoltà, per esempio evitare che gli anti protoni venissero a contatto con la materia ordinaria. Quando essi toccano anche solo le molecole d’aria in una stanza vanno incontro a un processo di annichilazione, ovvero si distruggono istantaneamente convertendosi in energia. Per risolvere questo problema gli scienziati hanno dovuto rallentare gli atomi così da poterli maneggiare più agevolmente.
Normalmente, poi, la massa dei protoni viene calcolata misurando la frequenza alla quale oscillano, tramite un raggio laser. Un’altra complicazione nella misura relativa agli atomi di antimateria dipendeva dal fatto che questi si muovono a scatti, in maniera casuale. Ciò ha ripercussioni sul calcolo della loro frequenza. L’effetto che si ha (effetto Doppler) è simile a quello per il quale quando un ambulanza si muove nella nostra direzione ci sembra che la sua sirena abbia una frequenza molto più alta di quella che percepiamo quando ci supera. Dunque i dati registrati dagli scienziati risultavano essere diversi a seconda della direzione in cui si muovevano gli atomi.
Per aggirare l’ostacolo, i ricercatori hanno messo a punto una tecnica dal nome “two-photon laser spectroscopy”, per la quale i laser che colpiscono gli atomi sono due, con raggi che vanno in direzioni opposte: questo ha permesso ai ricercatori di limitare l’incertezza dovuta all’effetto Doppler e di migliorare la misura di addirittura sei volte. Ironicamente, la nuova tecnica potrebbe in futuro permettere agli scienziati di misurare la massa degli antiprotoni con una precisione anche migliore di quella con cui si analizza la materia ordinaria.
Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature10260
