Materia e antimateria, le ricerche che scuotono i fondamenti della fisica

Due modi diversi di descrive la natura. Entrambi corretti ma a volte, troppe volte, divergenti tra loro nei risultati, tanto da confonderci. Come in questo caso, ovvero sulla trattazione della materia e dell'antimateria, dove appunto diverse ricerche sembrano disorientarci, per la loro ricchezza, più che indicarci se non la giusta via, l'unica via, perché in realtà le soluzioni corrette potrebbero essere anche più di una, così come le relazioni tra loro.

Oggi è stato annunciato che la collaborazione Base, al Cern, ha mantenuto un antiprotone - la controparte in antimateria del protone - in oscillazione fluida tra due diversi stati quantici per quasi un minuto, mentre era "intrappolato". Il risultato, riportato in un articolo pubblicato sulla rivista Nature, segna la prima dimostrazione di un bit quantico di antimateria, o qubit (abbreviazione di quantum bit, è l'unità di base dell'informazione nei computer quantistici, simile al ruolo del bit nei computer classici), e apre la strada a confronti sostanzialmente migliori tra il comportamento della materia e dell'antimateria. Particelle come l'antiprotone, che ha la stessa massa ma carica elettrica opposta a quella del protone, si comportano come piccole barre magnetiche che possono "puntare" in una delle due direzioni, a seconda del loro spin quantistico sottostante.

Misurare il modo in cui questi cosiddetti momenti magnetici si invertono, utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia di transizione quantistica coerente, è un potente strumento per la rilevazione quantistica e l'elaborazione delle informazioni. Permette inoltre di testare ad alta precisione le leggi fondamentali della natura, inclusa la simmetria carica-parità-tempo. Questa simmetria stabilisce che materia e antimateria si comportano in modo identico, il che è in contrasto con l'osservazione secondo cui la materia supera di gran lunga l'antimateria nell'Universo. Tesi che è stata oggetto di discussione proprio nelle scorse settimane quando appunto l'esperimento LHCb situato al Large Hadron Collider del Cern ha dimostrato l'esistenza dell'asimmetria tra materia e antimateria a livello di particelle che finora era stata solamente teorizzata. In particolare a riportare questo curioso risultato sempre sulla rivista Nature gli scienziati dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Genova. Il team, guidato da Xueting Yang, ha osservato una particella subatomica composita in decadimento. I ricercatori hanno descritto l'effetto noto come violazione di carica-parità (CP), previsto dalla teoria, ma finora sfuggito all'osservazione nei barioni, che costituiscono la maggior parte della materia nell'Universo osservabile.

I modelli cosmologici suggeriscono che materia e antimateria siano state create in egual misura con il Big Bang, ma nell'Universo attuale la materia sembra dominare l'antimateria. Si ritiene che questo squilibrio sia causato da differenze nel comportamento delle due componenti, descritto dalla violazione di CP. Questo effetto è stato previsto dal Modello Standard della fisica e osservato sperimentalmente in particelle subatomiche chiamate mesoni più di 60 anni fa, ma finora non era stato rilevato nei barioni. Queste particelle sono formate da tre quark, a differenza dei mesoni che invece ne contengono due. Ora, grazie ai dati raccolti dalle collisioni protone-protone all'LHC, il gruppo di ricerca descrive la prima osservazione della violazione di CP nei decadimenti barionici. L'asimmetria rivela una differenza di comportamento tra materia barionica e antimateria. Sebbene tale violazione fosse stata prevista e non risolvesse lo squilibrio materia-antimateria del Big Bang, spiegano gli scienziati, scoprire sperimentalmente i dettagli di questa violazione offrirà indizi importanti. Questi risultati, concludono gli autori, aprono la strada alla ricerca di una fisica oltre il Modello Standard.