giovedì, Giugno 20, 2024

Antimateria, un raggio laser ha raffreddato per la prima volta il positronio

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Se all’inizio materia e antimateria erano presenti in uguale misura, adesso l’antimateria esiste pochissimo in natura. Capire perché potrebbe farci vedere tutto in modo diverso e arrivare a una comprensione maggiore dell’Universo e della sua evoluzione.

Non solo, padroneggiare l’antimateria potrebbe farci fare grandissimi salti tecnologici: quando materia e antimateria si toccano, infatti, si annichiliscono, liberando enormi quantità di energia che potremmo sfruttare per creare laser a raggi gamma (migliorando la diagnostica per immagini) o, pensando in grande e molto lontano, anche per creare veicoli spaziali capaci di viaggiare a velocità oggi inimmaginabili.

Il grande amore dei fisici per il positronio

Studiare l’antimateria, dunque, è una delle frontiere della fisica moderna. Come detto, però, è sfuggente e ottenerla artificialmente è complicato e molto, molto costoso. Ed è per questo che i fisici sono innamorati del positronio: un atomo “esotico” più leggero dell’idrogeno, che è composto da una particella di materia (un elettrone) e dal suo equivalente di antimateria (un positrone). Per la sua natura mista è il sistema più semplice da studiare per sperare di scoprire di più sull’antimateria; tuttavia, è instabile (esiste solo per 142 miliardesimi di secondo) e si muove troppo velocemente.

Come fare, allora?

Un raggio laser congelante

Per studiare il positronio e l’interazione tra materia e antimateria gli scienziati hanno bisogno di rallentare il movimento di questi atomi. In che modo? Raffreddandoli. Così il progetto Aegis, che vede l’importante partecipazione anche del nostro Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), ha sviluppato un sistema in grado di abbattere la temperatura degli atomi di positronio: un laser basato su un cristallo di alessandrite e capace di garantire alta intensità, ampia larghezza di banda e lunga durata dell’impulso. Come spiega Ruggero Caravita, ci sono voluti 10 anni per sviluppare questo strumento, ma ha funzionato: il laser ha colpito gli atomi della nuvola di positronio prima che decadessero, facendoli passare da una temperatura di 380 Kelvin (106,85°C) a quella di 170 Kelvin (-103,15°C) e raddoppiandone il tempo di vita effettivo. Così gli atomi congelati sono disponibili per ulteriori sperimentazioni: minore è la velocità del positronio, per esempio, maggiore è la probabilità di ottenere da esso, insieme ad antiprotoni, l’antidrogeno.

Come ribadisce Caravita, la disponibilità di atomi di positronio sufficientemente freddi non riguarda solo ricerche di fisica fondamentale, ma è di più ampio interesse e apre la strada ad applicazioni tecnologiche del futuro come i laser nello spettro dei raggi gamma, che potrebbero essere impiegati in diversi ambiti, dalla spettroscopia gamma all’imaging medicale.

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