Dall’antimateria fredda una rivoluzione nella fisica. Future applicazioni, dalla spettroscopia a diagnosi per immagini. La ricerca sull’antimateria è pronta per un salto rivoluzionario verso future applicazioni, come la spettroscopia e le immagini per la diagnosi.
Il traguardo, inseguito da decenni, è stato raggiunto al Cern con AEgIS (The Antimatter Experiment: gravity, Interferometry, Spectroscopy), uno degli esperimenti attivi nella Antimatter Factory al quale l’Italia collabora in modo importante con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Il risultato, che ha meritato uno spazio di primo piano nella rivista Physical Review Letter, è stato possibile grazie a uno speciale laser ideato dall’italiano Ruggero Caravita, coordinatore della collaborazione AEgIS e ricercatore dell’Infn. Contemporaneamente e utilizzando una tecnica diversa, un gruppo di ricerca dell’Università di Tokyo ha ottenuto un risultato analogo, online sul sito arXiv.
L’esperimento è stato condotto su una nuvola di positronio, il più leggero degli atomi, costituito da un elettrone e dalla sua antiparticella, il positrone. La nube è stata raffreddata con il nuovo laser, basato su un cristallo di alessandrite e capace di garantire alta intensità, ampia larghezza di banda e lunga durata dell’impulso.
“Abbiamo inventato il modo per raffreddare la nuvola di positronio attivamente con il laser”, ha detto Caravita all’ANSA. “L’idea è nata in Italia, nell’Università di Milano. Ci sono voluti dieci anni per sviluppare il laser, in uno sforzo corale” che ha visto anche la partecipazione del Cnrs, il Consiglio francese delle ricerche, e che in seguito è stato finanziato dal Cern.
“Questo risultato apre nuove strade di ricerca nell’antimateria in diversi modi”, osserva il fisico. Poter realizzare in laboratorio campioni di atomi di antimateria molto freddi permette di fare nuove misure: è “un salto di metodo che apre a una rosa di ricerche sconfinate”.
Ridurre la temperatura della nube di atomi da 380 a 170 gradi Kelvin è stata una sfida perché il laser doveva colpire gli atomi di positronio prima che decadessero e di conseguenza aveva a disposizione appena 142 miliardesimi di secondo. ‘Congelare’ gli atomi di antimateria significa raddoppiarne il tempo di vita e, quindi, poterli utilizzare per fare esperimenti.
Una delle conseguenze più interessanti “è che ci apre la strada per realizzare un oggetto particolare, chiamato condensato di Bose-Einstein di antimateria”, ha detto Caravita. Per quanto riguarda la materia, “un condensato di Bose-Einstein è una nuvola di atomi raffreddati al punto che smettono di essere individuali e si fondono insieme in un unico oggetto che acquisisce delle proprietà. E’ uno stato quantistico”.
Sono almeno 30 anni che questi oggetti esistono per quanto riguarda la materia, ma nell’antimateria erano difficili da ottenere. Avere un laser capace di raffreddare una nuvola di antimateria permette ora di fare esperimenti che sfruttino la principale caratteristica dell’antimateria, che è quella di annichilarsi quando viene a contatto con la materia, restituendo luce ed energia.
“Un condensato di antimateria, con molta probabilità, si annichilerà tutto insieme: questo apre la possibilità di controllare il processo di annichilazione e di inventare tecniche sperimentali”, ha detto ancora il fisico. Per esempio, si potranno produrre raggi gamma (che sono generati solo dall’antimateria) e, “se scoprissimo che i raggi gamma sono coerenti come lo è il condensato, allora in futuro potremmo utilizzarli per nuove tecniche di imaging per la diagnosi, con una risoluzione molto più alta”.
L’Italia è in prima fila nelle ricerche sull’antimateria anche nella collaborazione Low Energy Antimatter dell’Infn e nall’Antimatter Laboratory dell’Università di Trento e del Centro Nazionale dell’Infn Tifpa è in via di realizzazione una macchina per la produzione di positronio a fasci pulsati.
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