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reattore antimateria

Come ben sappiamo, si definisce materia tutto ciò che possiede una massa, un volume, ed occupa uno spazio. Ma che che cos’è l’antimateria?

L’esistenza di antiparticelle fu postulata già nel 1928 da Paul Dirac, e la conferma sperimentale dell’esistenza dell’antimateria arrivò pochi anni dopo, nel 1932, grazie al fisico statunitense Carl David Anderson che con i suoi studi sui raggi cosmici scoprì l’esistenza di un elettrone positivo, il cosiddetto positrone, confermando così la teoria di Paul Dirac.

La fisica quantistica ha poi dimostrato che tra le particelle esiste una simmetria, ossia per ciascuna particella può essercene una simmetrica avente la stessa massa, ma una carica elettrica opposta e altre proprietà uguali.

A ogni particella corrisponde quindi una antiparticella, così l’elettrone ha come antiparticella una particella di carica positiva, ossia il positrone. Il protone ha l’antiprotone e così via. Quando una particella e la sua antiparticella si incontrano, si annichilano in energia pura, ovvero si ha la trasformazione della materia coinvolta in radiazione elettromagnetica sotto-forma di fotoni ad alta energia.

Secondo la teoria della relatività pubblicata da Albert Einstein nel 1905, materia ed energia non sono due entità distinte ma sono due facce della stessa medaglia ed è possibile passare indistintamente da una forma all’altra. In altre parole vi sono fenomeni in cui vi è possibile la liberazione, in tutto o in parte, dell’energia racchiusa nella materia, oppure la creazione di materia a partire da energia allo stato puro.
Ciò è sintetizzato in maniera esemplare nella famosissima equazione E=mc2.

Questa equazione, di cui quasi tutti hanno sentito parlare, ci indica che la materia può essere convertita in energia, e viceversa e che il “tasso di cambio” fra materia e energia è il quadrato della velocità della luce nel vuoto. Questo ci dice che la materia è un formidabile serbatoio di energia e che anche in una piccolissima porzione di materia è immagazzinata una grandissima quantità di energia.

Se oggi fosse possibile convertire per intero la massa in energia, i problemi energetici che oggi fanno tanto discutere sarebbero senza alcun dubbio risolti. Basti pensare che un solo grammo di materia equivale a 90 mila miliardi di Joule; poiché un KWh equivale a 3.600 Joule, un grammo di materia equivale a 25 milioni di KWh.

In parole povere la conversione di un Kg di materia potrebbe coprire il fabbisogno mensile di energia elettrica di tutta l’Italia.

L’annichilazione fra materia e antimateria, è un classico esempio di conversione di materia in energia, mentre la creazione di materia e antimateria che avviene negli acceleratori di particelle è un esempio di conversione di energia.

Nell’ultimo decennio sono stati molti i progressi della fisica in questo campo. Nel 2011 gli scienziati del CERN sono stati in grado di imprigionare circa 300 atomi di anti-idrogeno per 16 minuti, soglia temporale mai varcata prima. Nel 2012 è stata osservata per la prima volta una particella con le caratteristiche del bosone di Higgs negli esperimenti condotti con l’acceleratore LHC.

Molti forse non lo sanno ma l’antimateria, è usata ogni giorno in medicina per analizzare lo stato del cervello tramite la tecnica chiamata positron emission tomography (PET). La PET è un metodo di indagine che permette di misurare le funzioni metaboliche e le razioni biochimiche in vivo, e ha larga applicazione nelle neuroscienze, in oncologia, e in cardiologia.

Nella PET i positroni provengono dal decadimento di nuclei radioattivi che vengono incorporati in un fluido speciale, iniettato poi per via endovenosa al paziente. I positroni emessi annichilano con gli elettroni degli atomi vicini dando luogo a due raggi gamma emessi in direzioni opposte.

Essi vengono rivelati tramiti opportuni rivelatori disposti in anelli attorno al paziente, per individuare e registrare i punti in cui si sono verificate le annichilazioni e quindi ricostruire dove si è distribuito il radiofarmaco nel corpo. Questa sostanza che viene iniettata è denominata, FDG (Flouro Deoxy Glucose), e si comporta esattamente come il glucosio.

Cioè si accumula in misura maggiore in certi condizioni che possono indicare l’insorgenza di patologie come i tumori. Grazie alla PET è possibile seguire il percorso del tracciante del corpo del paziente e, in seguito, all’interno dell’organo che si vuole esaminare.

Al momento un po’ più fantascientifica appare l’ipotesi di un motore antimateria.

Il principio del motore antimateria è sostanzialmente quello di un razzo che funziona sulla base dell’azione e reazione di Newton. La reazione che spinge l’ipotetico razzo è però qualcosa di veramente possente. Facciamo un piccolo confronto: il motore principale dello space shuttle produce un impulso specifico di 455 secondi. Un motore a fissione nucleare può raggiungere i 10mila secondi. Un motore a fusione potrebbe fornire un impulso specifico tra 60mila e 100mila secondi.

Ebbene, un motore a razzi alimentato dall’annichilazione della materia e antimateria potrebbe produrre un impulso specifico anche di 1.000.000 di secondi.

Rimane ovviamente il “piccolo problema” della raccolta di antimateria, il suo trasferimento, e l’uso in un motore capace di subire simili forze. Il CERN produce un po’ di antimateria per le proprie ricerche, ma riesce al massimo a generare una quantità così piccola da risultare contabile. Secondo una stima ci vorrebbero almeno mille anni di collisioni per arrivare ad un singolo microgrammo di materia. Ma la storia ci insegna che le vie della scienza sono infinite.

Per quanto riguarda invece la costruzione di armi ad antimateria, possiamo dire con certezza assoluta che si tratta esclusivamente di materiale per romanzi fantascientifici. Questo per il semplice motivo che, allo stato attuale, ci vorrebbero miliardi di anni per produrre quantità sufficienti di antimateria per raggiungere lo stesso effetto di una normale bomba all’idrogeno.

Fabrizio Conti

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