L’antimateria si sdoppia: osservata in due posti nello stesso momento

Antimateria
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È uno dei comportamenti più bizzarri osservati nel mondo della fisica quantistica. Un’unica particella che, nello stesso momento, si trova in due posti diversi. A dimostrarlo è stato, tra gli altri, un test passato alla storia come esperimento della doppia fenditura, un grande classico della meccanica quantistica. La novità è che l’esperimento è stato da poco ripetuto da un’équipe di fisici dell’Università di Berna, in Svizzera, utilizzando delle particelle di antimateria, che hanno mostrato le stesse proprietà di ubiquità della materia ordinaria. I dettagli dell’esperimento sono stati caricati su ArXiv, il server che ospita i lavori scientifici prima della loro pubblicazione su riviste scientifiche ufficiali.

Nell’esperimento della doppia fenditura, eseguito per la prima volta nel 1801, un fascio di luce colpisce una superficie con due fenditure parallele; passando attraverso le fenditure, la luce colpisce uno schermo posto al di là della superficie, creando una cosiddetta figura di interferenza, ossia l’alternanza di zone buie e zone luminose. Il fenomeno dell’interferenza è proprio delle onde: si pensi, per esempio, a due sassi che vengono gettati in uno specchio d’acqua, e creano delle onde circolari che si propagano verso l’esterno. Quando le onde create dai due sassi si incontrano, interagiscono tra loro annullandosi o sommandosi – l’equivalente delle zone di ombra e di luce osservate sullo schermo: l’osservazione dell’interferenza nell’esperimento della doppia fenditura dimostrò quindi che la luce non aveva solo natura corpuscolare, come si credeva fino ad allora, ma si comportava anche come un’onda. E, in quanto onda, una singola particella di luce può passare “contemporaneamente” attraverso entrambe le fenditure, cioè trovarsi in due posti diversi nello stesso momento.

Negli anni successivi, l’esperimento è stato ripetuto con molte altre particelle e ha sempre dato lo stesso risultato, confermando che le entità quantistiche hanno contemporaneamente natura ondulatoria e corpuscolare. E ora finalmente è arrivato anche il momento dell’antimateria. Gli autori dell’esperimento hanno utilizzato del sodio radioattivo, che emette circa 5000 positroni (l’anti-elettrone) al secondo. I positroni sono stati convogliati in due aperture circolari, per far loro assumere la forma di un fascio, e quindi indirizzati verso due cristalli di silicio, ciascuno dei quali, data la particolare geometria, si comporta come un insieme di fenditure. Dietro i cristalli, come nell’esperimento classico, è stato posto uno schermo che ha permesso di ricostruire la figura di interferenza creata dai positroni. Dopo 200 ore di “bombardamento” positronico, gli scienziati hanno osservato la comparsa di bande luminose e bande scure, analogamente a quanto accadeva con la luce, il che ha permesso di concludere che la dualità onda-particella vale anche per l’antimateria.

L’esperimento, dicono gli autori, permetterà di capire meglio qual è l’effetto della gravità sull’antimateria. I fisici, infatti, non sanno se l’antimateria interagisce con la gravità allo stesso modo della materia o meno: per capirlo, proveranno ora a ripetere l’esperimento della doppia fenditura variando il campo gravitazionale. “È possibile”, commenta al New Scientist David Christian, del Fermi National Accelerator Laboratory, “che la gravità non funzioni allo stesso modo con particelle e antiparticelle, e questo potrebbe spiegare perché non c’è perfetto equilibrio tra materia e antimateria nell’Universo”. Cioè dare una risposta a una delle domande più affascinanti – e complesse – della fisica moderna.

Riferimenti: ArXiv doi:1808.08901

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