Da quando l’antimateria è stata scoperta nel 1932, gli scienziati hanno investigato circa la natura repulsiva o attrattiva del suo campo gravitazionale. Anche se le particelle di antimateria hanno l’opposto della carica elettrica delle loro associate particelle materiali, la loro massa è la medesima. Cosa più importante, le masse sono sempre positive. Per questa ragione, molti fisici pensano che il comportamento gravitazionale dell’antimateria debba sempre essere di tipo attrattivo, come per la materia. Comunque, il se l’interazione gravitazionale fra materia e antimateria sia attrattiva o repulsiva ad oggi non è chiaro.
In un nuovo studio, Massimo Villata dell’Osservatorio Astronomico di Torino a Pino Torinese, Italia, ha dimostrato che una risposta può essere trovata nella teoria generale della relatività. Come Villa spiega, la corrente formulazione della relatività generale predice che materia ed antimateria sino auto attraenti, ma esse si respingono l’un l’altra. Come altre proposte antigravitazionali –fra cui l’idea che l’antimateria sia auto repellente- la proposta di Villata non richiede cambiamenti ad una teoria ben consolidata. Lo studio è pubblicato su un recente numero di EPL (Europhysics Letters).
“Il significato di questo studio è attualmente duplice,” dice Villata a physorg.com. “Da una parte, ciò accade generalmente nella fisica, è l’avere mostrato che uno dei concetti più eretici dibattuti negli ultimi decenni, i.e. l’antigravità, possa essere ricavata dalle due solide teorie dell’ultimo secolo, fornendo una estensione della relatività generale all’antimateria, considerata come materia dello spazio tempo inverso, come richiesto dalla simmetria CPT. Dall’altra le implicazioni cosmologiche di questa scoperta hanno promosso l’antigravità come alternativa (o spiegazione) all’intero concetto di energia oscura, responsabile dell’accelerata espansione dell’Universo.”
Gravità repulsiva
Dapprima, l’idea della gravità repulsiva fra materia ed antimateria sembra andare contro intuito, dato che di solito consideriamo la massa essere la sola componente determinante le proprietà gravitazionali di un oggetto. Ma come Villata spiega, c’è di più. In questo caso, tempo e parità sono coinvolte.
L’idea è basata sul concetto che tutte le leggi fisiche hanno la simmetria CTP (charge, parity, time). La simmetria dice che nella trasformazione di un sistema fisico compostp da materia ad un sistema composto da antimateria (o viceversa) e descritto dalle stessi leggi fisiche, non solo le stesse particelle devono essere rimpiazzate con le corrispondenti antiparticelle (operazione su C), serve anche una trasformazione PT.
Da questa prospettiva, l’antimateria può essere vista come normale materia sottoposta ad una trasformazione CPT completa, nella quale carica, parità e tempo sono invertite. Anche se la carica non influisce sulla gravità, la parità e tempo ne cambiano il segno. Così seppure l’antimateria ha una massa positiva, può essere pensata come avente una massa negativa, siccome la carica gravitazionale nelle equazioni del moto della relatività generale non è semplicemente la massa, ma include un fattore PT-sensitivo e porta al cambiamento del segno.
Come Villata spiega, simmetria CPT significa che fondamentalmente l’antimateria esiste in uno spaziotempo rovesciato (l’operazione P inverte lo spazio e l’operazione T inverte il tempo). Egli fornisce la seguente analogia: se un’anti-mela cade sulla testa di un anti-Newton seduto su un’anti-Terra cadrebbe esattamente nello stesso modo di una mela tradizionale. Ma se un’anti-mela cade sulla Terra o una mela cade sull’anti-Terra il risultato è differente. In entrambi i casi, un segno meno compare nelle equazioni del moto, invertendo l’interazione gravitazionale fra l’anti-mela sulla Terra, e viceversa, rendendola repulsiva.
Osservazioni ed esperimenti
Questa predizione teorica potrebbe avere conseguenze significative, se fosse vera. Qualora materia ed antimateria si incontrassero essere annichilerebbero producendo fotoni. Se esse invece si respingono, tenderebbero ad isolarsi e non quindi annichilirsi. La forza di questa repulsione potrebbe spiegare il perché dell’accelerazione del tasso di espansione dell’Universo, eliminando la necessità di energia e materia oscura.
Villata sospetta che l’antimateria possa esistere nell’Universo in enormi spazi vuoti osservati nella distribuzione degli ammassi e superammassi di galassie. Studi precedenti hanno mostrato che questo vuoti possono essere originati da piccole oscillazioni negative nel campo di densità primordiale, che respinge la materia circostante. Con un diametro di decine di megaparsec (all’incirca un centinaio di milioni di anni luce), queste bolle sono le più grandi strutture dell’Universo. Il problema è che non vi è ancora stata osservata antimateria.
“Il succo è questo, ma io sto cercando, il miglior modo per formalizzare il tutto,” egli dice. “Comunque, puoi trovare anticipazioni su di questo e molte altre caratteristiche della materia della materia che viaggia indietro nel tempo nel libro di Max Wells (il mio pseudonimo letterario, in onore di J. C. Maxwell and H. G. Wells
), La freccia oscure del tempo, pubblicata attualmente in italiano, ma io spero di trovare presto un editore inglese.”
Segono due righe che non ho più voglia di tradurre: As for testing the possibility of antigravity between matter and antimatter, the upcoming AEGIS experiment at CERN could provide some answers. The experiment will compare how the Earth’s gravity affects hydrogen and antihydrogen atoms, and could give scientists a better understanding of antimatter’s gravitational properties.
“Antigravity has always been controversial, and likely it will still be so until we can get an experimental (or observational) response,” Villata said. “However, I hope that my work, in the meantime, can at least dissipate some prejudices against antigravity.”
linkSe delle parti non hanno senso leggete l'originale. Ricordo
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