8/08/17

Uno "specchio" mette l’antimateria con le spalle al muro ***

Ricordate il racconto da poco pubblicato (lo specchio) e la tragica avventura di un povero uomo ossessionato dall’idea che le immagini speculari fossero forme aliene? Bene, quello specchio sembra esistere anche a livello microscopico e potrebbe risolvere una delle domande ancora insolute sulla formazione dell’Universo… Leggere o rileggere quel racconto diventa essenziale per seguire questo articolo.

Richard Feynmam diceva: “Supponete di poter comunicare con un alieno di una lontanissima galassia: potete escogitare qualcosa per sapere se è composto di materia o di antimateria?”. La risposta non è facile, ma ancora una volta riguarda le particelle microscopiche.

La Natura si è divertita a creare il tutto e l’opposto del tutto. E lo fa in maniera tale che la simmetria risulti praticamente perfetta. Proprio come un’immagine speculare. Un giorno affronteremo meglio la problematica, ma possiamo sintetizzarla in tre tipi di simmetria o, se preferite, di… specchi.

Quella di parità (P), ossia quella più “banale”: invertendo i tre assi del sistema cartesiano che determina le coordinate dello spazio, le leggi della fisica non cambiano; in altre parole, la nostra immagine speculare segue le stesse leggi della nostra fisica. Quella di carica (C), ossia quella che riguarda materia e antimateria. A prima vista si notano violazioni di queste simmetrie (lavorando in laboratorio), ma se si applicano entrambi gli specchi P e C si ottiene una ben più robusta simmetria CP. A volte sembra violata (in condizioni estremamente particolari), ma le discussioni sono ancora profonde e i risultati ambigui. Si è aggiunto, allora, un altro specchio, il tempo (T). Non spaventiamoci… si possono studiare processi fisici invertendo la freccia del tempo (La QED insegna) e spesso e volentieri niente cambia. Anche in questo caso si ottengono, in casi particolari, risultati che non esistono in Natura.

Tuttavia, l’apparente violazione di simmetria, scompare praticamente del tutto quando si usano tutti e tre gli specchi, CPT. In parole semplici: se uso lo specchio C mi trasporto nell’antimateria; se aggiungo lo specchio P ribalto le coordinate spaziali; se aggiungo ancora lo specchio T, inverto lo scorrere del tempo. Bene, un Universo costruito in questo modo diventa del tutto realistico. La simmetria CPT sembra inviolabile! Uno specchio triplice non riuscirebbe a far scoprire all’eroe della nostra storia una intrusione aliena…

Tenete presente che ho fatto una descrizione che chiamare “rozza” è troppo poco, ma più che sufficiente per capire, almeno un po', in che ambiente ci stiamo muovendo.

Particolarmente importante è la violazione della simmetria CP, quella che permetterebbe una chiara risposta a Feynman.

Gira e rigira, però, rimane aperto il grande problema dell’enorme differenza tra materia e antimateria. Sono necessarie chiare violazioni delle simmetrie C (meglio CP) per potere iniziare a pensare che proprio da esse dipenda la differente evoluzione della materia rispetto all’antimateria. In altre parole, avere quella piccola differenza tra noi e la nostra immagine speculare per capire che esse sono fasulle e appartengono a un mondo alieno (per tornare al nostro racconto).

In un recente esperimento sembra che ci sia stato l’alito di vento necessario, quel qualcosa che “incastra” l’antimateria. A chi dobbiamo dire grazie? Ai neutrini, queste piccolissime particelle che forse hanno una massa, anche se estremamente più piccola di quella dell’elettrone e che rimangono dei veri e propri abitanti quasi sconosciuti del nostro Universo. Ce ne sono troppo pochi? Neanche per sogno, se si pensa che proprio dalla loro massa potrebbe dipendere il futuro dell’Universo. No, essi sono numerosissimi e si producono un po’ ovunque, ma hanno capacità di mimetizzazione stupefacenti.

Diciamo meglio, essi interagiscono ben poco con la materia. Le uniche forze che sentono sono la gravità e la nucleare debole. In poche parole, posso attraversare la materia senza grossi problemi, se non in casi molto particolari. Non per niente, per riuscirne a catturarne qualcuno bisogna andare sotto le montagne e piazzare vasche d’acqua preparate allo scopo per evidenziare un evento imprevisto tra gli atomi dell’acqua. Un neutrino ha colpito nel punto debole un atomo e si è visto il segnale. D’altra parte, in quelle condizioni, gli unici intrusi possono essere solo i neutrini!

Dopo tante parole, veniamo al dunque…

Ben lungi dall’essere particelle anonime a apparentemente “schive”, esse hanno una vita sociale (leggiamo… quantistica) estremamente vivace. In particolare, tengono molto al loro aspetto e usano tre tipi differenti di… sapore. In realtà la parola sarebbe “flavor” che caratterizza un certo stato quantico (che coinvolge anche la massa e non solo). I tre stati possono sovrapporsi  e vi sono “oscillazioni” tra uno stato e l’altro in modo tale da poterli “misurare” nei singoli stati.

Come si creano e si identificano flussi neutrinici negli esperimenti. Un’interazione del neutrino-elettrone osservata nell’esperimento TK2. Il neutrino interagisce con una molecola d’acqua producendo un elettrone che a sua volta emette luce Cherenkov mentre attraversa il il rivelatore. Questa luce è immagazzinata dai fotosensori e trasformata in un segnale elettrico visibile. Fonte: Albert Einstein Center for Fundamental Physics (AEC), Laboratory for High Energy Physics.
Come si creano e si identificano flussi neutrinici negli esperimenti. Un’interazione del neutrino-elettrone osservata nell’esperimento TK2. Il neutrino interagisce con una molecola d’acqua producendo un elettrone che a sua volta emette luce Cherenkov mentre attraversa il il rivelatore. Questa luce è immagazzinata dai fotosensori e trasformata in un segnale elettrico visibile. Fonte: Albert Einstein Center for Fundamental Physics (AEC), Laboratory for High Energy Physics.

I tre “sapori” si dividono in neutrini-elettroni, neutrini-muoni ed neutrini-tau (i sapori sono, in fondo, solo numeri quantici… mamma mia quante cose si dovrebbero spiegare… e che dovrei approfondire anch’io, prima o poi).

Nell’esperimento in questione, si sono studiate le oscillazioni che riescono a trasformare un neutrino-muone in neutrino-elettrone durante il suo viaggio nello spaziotempo. Ebbene, analisi ultra accurate e ripetute fino alla nausea hanno dimostrato che le stesse oscillazioni NON AVVENGONO tra gli anti neutrini! L’immagine speculare si è tradita… La sicurezza di questa conclusione è data al 95%, un valore statisticamente più che valido.

Riassumendo: si è individuata una macroscopica violazione di simmetria tra materia e antimateria (più esattamente una violazione della (CP). Ciò potrebbe comportare quanto annunciano gli autori dello studio:

“This is a first indication that the symmetry between matter and antimatter is violated in neutrino oscillations and therefore neutrinos also play a role in the creation of the matter-antimatter asymmetry in the universe". Ovvero: "Questa è una prima indicazione che la simmetria tra materia e antimateria è violata nelle oscillazioni del neutrino (il passaggio da un sapore a un altro) e, perciò, i neutrini giocano un ruolo fondamentale nella formazione dell’asimmetria tra materia e antimateria dell’Universo”.

I piccolissimi, schivi, un po’ narcisisti neutrini, potrebbero darci il via per risolvere uno dei massimi problemi sull’origine e sull’evoluzione dell’Universo. Bisogna studiarli sempre meglio, malgrado le difficoltà oggettive, e convincere veramente l’immagine speculare a lasciare il suo posto o –meglio- a spiegarci i suoi segreti!

Non dimentichiamo, poi, che il neutrino potrebbe darci un’informazione di tipo diverso da quella della luce e potrebbe provenire anche dalle prime fasi dell’Universo, senza problemi di restare bloccato per 380000 anni, prima di uscire allo scoperto come il fotone (ne abbiamo parlato QUI)

Non vi è ancora l’articolo originale, ma maggiori informazioni si possono avere QUI

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