Parte Dafne, a caccia d’antimateria

I fisici italiani hanno un nuovo gioiello di cui andare fieri. Si chiama Dafne ed è una macchina acceleratrice che farà scontrare miliardi di elettroni con le loro antiparticelle, i positroni. Scopo dell’impresa: capire perché la materia “ordinaria” e il suo opposto, l’antimateria appunto, non sono presenti in ugual misura nell’Universo.

Dafne è stata inaugurata qualche giorno fa nei laboratori di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), alla presenza del ministro della ricerca scientifica Luigi Berlinguer. Un’occasione per presentare al pubblico l’acceleratore che, come ha detto il presidente dell’Infn Luciano Maiani, “riporterà Frascati alla frontiera della ricerca in fisica”. La “Double Annular phi Factory for Nice Experiments” è costata 120 miliardi di lire, quasi la metà sono andati a industrie italiane, e ha richiesto sette anni per essere portata a termine. Cifre e tempi relativamente piccoli nel panorama della fisica delle particelle, che ci ha abituati a ben altri “kolossal”. D’altra parte a Frascati vogliono dimostrare che è possibile fare dell’ottima fisica delle alte energie anche senza che queste siano poi così alte. Dafne infatti potrebbe essere la capostipite di una nuova generazione di acceleratori piccoli, economici e poco potenti. Ma progettati per studiare e comprendere fenomeni particolarmente rari.

A Frascati per esempio, sperano di risolvere, con l’aiuto di Dafne, il mistero dell’antimateria mancante. Quando l’Universo è nato dal big bang, la grande esplosione avvenuta 15 miliardi di anni fa, doveva essere composto in parti uguali da materia e antimateria. Poi l’equilibrio è saltato. Negli ultimi anni gli astrofisici hanno cercato tracce di antimateria nei più remoti angoli del cosmo. E qualche autore di fantascienza ha anche immaginato “anti-esseri umani” fatti di anti-atomi. E cioè esseri umani e atomi che obbediscono a leggi della fisica perfettamente speculari rispetto a quelle che vigono da noi. Nonostante gli sforzi degli scienziati non si è però trovata l’antimateria cosmica. Che fine ha fatto allora? Come mai è scomparsa lasciando campo libero alla materia di cui siamo fatti e violando una di quelle simmetrie che piacciono tanto ai fisici?

Dafne, così promettono all’Infn, cercherà le risposte e lo farà schiantando una contro l’altra proprio materia e antimateria. Dall’urto tra elettroni e positroni emergerà energia pura. Dopo qualche istante l’energia si trasformerà nella particella phi, quella che da il nome al nuovo acceleratore di Frascati. La phi ha però una vita molto breve, basta qualche istante perché al suo posto compaiano quelle che i fisici chiamano particelle K o kaoni. Studiando i kaoni che saranno prodotti durante gli esperimenti si potrà capire se davvero è violata la simmetria tra materia e antimateria, e se sì, in che misura.

Il problema che i progettisti di Dafne hanno dovuto superare riguarda l’estrema rarità dei processi che, a partire dallo scontro tra elettroni e positroni, portano alla nascita di una particella phi. Per risolvere l’inconveniente si è realizzato un acceleratore che non genera grandi energie ma piuttosto fasci molto densi di particelle. Nei tunnel di Dafne infatti elettroni e positroni si scontreranno 5000 volte al secondo, 100 volte meglio di quanto ottenuto finora in altri laboratori. Questa grande frequenza renderà molto probabile l’osservazione della particella phi e la comprensione della violazione della simmetria materia-antimateria. Ma il numero di urti ha rappresentato una sfida tecnologica che, anche a inaugurazione di Dafne avvenuta, nasconde qualche insidia. E’ la prima volta che in un acceleratore si immette un flusso di particelle equivalente a cinque ampere di corrente.

Tuttavia non c’è più spazio per i dubbi dell’ultimora. Dafne è stata inaugurata ed entro il ‘98 tenterà comunque l’attacco al mistero dell’asimmetria cosmica. Nel frattempo sarà usata come un potente microscopio con cui guardare all’interno dei protoni. Già dalle prossime settimane partirà un esperimento che, pur non rappresentando l’obiettivo principale di Dafne, rischia di rivoluzionare la fisica nucleare. Si chiama Near e intende verificare se dentro i protoni ci sono altre specie di quark oltre ai due previsti dalle principali teorie: l’”up” e il “down”. In particolare, a Frascati si cercherà il quark “strano”. E trovarlo sarebbe una stranezza da Nobel.

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