L'antimateria: questa sconosciuta

[Revenant]

Premessa: non so se questa sia la sezione giusta, dato che non riguarda (se non marginalmente) la Terra o l'astronomia, marginalmente anche "Avatar" e sicuramente non c'entra nulla con il set, quindi se desiderate spostatelo dove più vi aggrada... :) Inoltre, mi scuso se tratto questo argomento "da profano" e senza la necessaria rigorosità fisica, dal momento che non sono un fisico e che conosco il fenomeno solo "per sommi capi", non conoscendo se non a livello basilare le equazioni che regolano i fenomeni subatomici (come lo spin ecc...).

 

L'antimateria è una delle sostanze più rare dell'universo. Per comprendere cosa sia l'antimateria è però necessario comprendere come sono fatti gli anti-atomi che la compongono, o meglio come è fatta la materia "convenzionale". Per far questo immaginatevi l'atomo di idrogeno come una noce a cui è stato tolto il guscio, con le due metà del gheriglio esposte (una delle quali corrisponde al protone ed una al neutrone) e con un granello di sale (l'elettrone) che vi gira intorno, non con una orbita regolare ma occupando un'area di spazio, l'orbitale, in cui si può spostare a velocità prossime a quella della luce. Tra tutte queste particelle subatomiche (chiamate così perché compongono l'atomo, appunto) le più importanti sono il protone e l'elettrone: il protone determina quanti elettroni possiede di base l'atomo, mentre gli elettroni determinano la presenza ed il numero di possibili legami con altri atomi, cioè sono responsabili della formazione delle molecole. Protone ed elettrone sono dotati di cariche di uguale intensità ma opposte, quindi il protone avrà carica positiva uguale alla carica negativa dell'elettrone, sebbene questi sia considerevolmente più piccolo. Il neutrone invece, se scisso, libera semplicemente un protone ed un elettrone, per questo motivo è pressoché neutro.

Dunque, nell'antimateria invece le cariche delle varie particelle sono invertite: il protone ha carica negativa e l'elettrone carica positiva (e quindi viene chiamato "positrone"), tuttavia essendo di uguali dimensioni e non avendo "comportamente strani" (un atomo di anti-idrogeno formerà molecole di anti-acqua con l'anti-ossigeno esattamente come l'idrogeno forma molecole d'acqua legandosi con l'ossigeno) agiranno esattamente come le loro controparti "normali". In effetti, un ipotetico universo di antimateria sarebbe uguale al nostro, eccetto appunto per queste cariche "invertite" in protoni ed elettroni. Detto questo, allora perchè l'antimateria è così affascinante e potrebbe aprire la strada ai viaggi interstellari? Per via del processo di annichilazione.

L'annichilazione avviene quando una particella di antimateria incontra una particella di materia (che si tratti di singole particelle subatomiche, come elettroni o protoni, o un atomo intero). In questo processo, le cariche opposte attraggono i loro corrispettivi, pertanto i protoni attirano gli anti-protoni, gli anti-elettroni gli elettroni e così via. Quando le particelle entrano in contatto fra loro, praticamente si disintegrano collassando su sé stesse, liberando un'immensa energia e producendo altre particelle ed anti-particelle, le quali a loro volta si annichilano producendo altra energia e così via, finché non resta solo energia. Questo processo genera una quantità di energia immane: per dirla tutta, se un atomo di idrogeno incontra un atomo di anti-idrogeno libera una quantità di energia pari a circa 100 volte rispetto alla fusione nucleare di un atomo di idrogeno...

E questo ci porta alla domanda seguente: se durante il Big Bang (cioè all'origine del cosmo) era presente una uguale quantità di materia ed antimateria, perché oggi abbiamo un universo con della materia che non si è annichilita e l'antimateria è rarissima? Probabilmente questo è accaduto semplicemente perché all'inizio c'era più materia che antimateria, la quale è "sopravvissuta" semplicemente perché in quantità maggiore. Oggigiorno, l'antimateria si forma talvolta negli scontri fra particelle ad alta energia nella fascia di van Allen dei pianeti, ad esempio: in pratica, le radiazioni emesse dal Sole colpiscono del plasma (cioè un gas composto di atomi che hanno perso o ottenuto un elettrone di troppo, diventando ioni: i fulmini, ad esempio, sono composti da plasma) intrappolato in queste zone dal campo magnetico terrestre, ciò praticamente le fa muovere sempre più velocemente (cioè, vengono eccitate) a tal punto che, a volte, scontrandosi generano delle particelle di antimateria, le quali tuttavia si annichilano in brevissimo tempo con le particelle "normali" (considerate che stiamo parlando di processi con velocità nell'ordine del miliardesimo di secondo...). Sfruttando un principio simile, l'LHC (il "Large Hadron Collider", l'acceleratore di particelle del CERN di Ginevra) riesce a produrre antimateria: in pratica, degli atomi (di solito d'oro) vengono accelerati su un circuito magnetico circolare sotterraneo lungo 27 chilometri e tenuto a temperature bassissime, finché quando sono a velocità prossime a quella della luce vengono fatti scontrare: il "devastante" (per il mondo atomico) urto genera grandi quantità d'energia e, come nelle fasce di van Allen, si formano delle particelle di antimateria.

Come abbiamo visto, è sufficiente che l'antimateria entri in contatto con la materia per generare l'annichilimento, pertanto il problema è come stoccarla. A tal proposito è necessario tenerla sospesa usando dei forti campi magnetici e nel vuoto assoluto, in maniera tale che non possa entrare in contatto in alcun modo con il recipiente. Purtroppo, il vuoto assoluto è difficilissimo da ottenere, e solo di recente si è riuscita a mantenerla stabile per un decimo di secondo, quindi il suo stoccaggio (visti anche i costi per produrre un grammo di positroni, assai superiori ai 20 miliardi di dollari) la rendono la sostanza più difficile da conservare e da ottenere della Terra (e, probabilmente, dell'universo...).

Infine, una piccola annotazione: in "Star Trek" a volte si sente parlare di "perdite di antimateria" (la quale alimenta i propulsori FTL a curvatura dell'"Enterprise"), in realtà questo è impossibile, una minima perdita di antimateria sarebbe probabilmente più che sufficiente a generare abbastanza energia da vaporizzare istantaneamente l'"Enterprise" ed i suoi occupanti. Inoltre, l'antimateria viene usata in degli appositi reattori materia-antimateria per dare l'immensa spinta necessaria al volo delle ISV "Venture Star" dalla Terra a Pandora in "Avatar".

Modificato 6 Dicembre 2010 da Revenant

[Nagaronte]

Molto interessante. Ma questa reazione materia/anti-materia (scusate l'ignoranza più totale) genera solo energia o ha anche qualche effetto negativo?

 

Non avevo proprio idea di come fosse fatta l'anti-materia e ci sono rimasto malissimo sapendo che è come un atomo al contrario xD

[TidusSurya]

Ma tsumakan articolo fantastico!spiegazione eccellente 110e lode!

Correggetemi se sbaglio..un mancato controllo dell'antimateria non apre un buconero?(questa è una cosa ke ho sentito dire non che ho letto XDperò mi piacerebbe avere una spiegazione visto ke durante quest'anno eravamo tutti un pò inquietati d avere il CERN dietro casa ahahhahahahha)

[Revenant]

Molto interessante. Ma questa reazione materia/anti-materia (scusate l'ignoranza più totale) genera solo energia o ha anche qualche effetto negativo?

 

La reazione materia/antimateria genera energia (in quantità molto superiori ad una reazione nucleare che coinvolge una massa equivalente di materia) ed altre particelle di materia e di antimateria, di per sé non è una cosa negativa anche se, ipoteticamente, un ordigno ad antimateria sarebbe la cosa più distruttiva mai concepita dall'uomo.

 

Correggetemi se sbaglio..un mancato controllo dell'antimateria non apre un buconero?(questa è una cosa ke ho sentito dire non che ho letto XDperò mi piacerebbe avere una spiegazione visto ke durante quest'anno eravamo tutti un pò inquietati d avere il CERN dietro casa ahahhahahahha)

 

In realtà no, quella del buco nero era solo una fandonia. Alcuni pensavano infatti che, dato che l'LHC è l'acceleratore di particelle più grande del mondo (e, pertanto, le energie in gioco sono superiori rispetto a quelle degli altri acceleratori) questo funzionasse in modo diverso e potesse generare dei micro-buchi neri: peccato che probabilmente i micro-buchi neri si generino spontaneamente anche nell'alta atmosfera ed "evaporino" in millesimi di secondo... Il mancato controllo dell'antimateria non genera i buchi neri, i quali sono delle singolarità (cioè delle "bestie strane" nel mondo subatomico, cose che non possono essere spiegate relativisticamente o con il modello dei quanti) che si generano quando la materia collassa su sé stessa, e quelli permanenti si verificano quando una stella di massa sufficientemente grande (il Sole, ad esempio, non darà mai origine ad un buco nero perché...troppo piccolo!) collassa su sé stessa (una stella, non una manciata d'atomi sparati da una parte e dall'altra), al massimo genera degli annichilimenti incontrollati ma, dato il bassissimo numero di atomi, non c'è assoutamente pericolo (dubito perfino che si potrebbe veder qualcosa ad occhio nudo, senza usare appositi rilevatori).

 

Grazie per i complimenti! :D

[jake toruk]

Articolo interessantissimo e molto ben esposto. Complimenti Revenant! :)

Spero di non aver fatto confusione da quello che ho letto, ma volevo chiedere:

Una volta che le particelle di materia e antimateria si scontrano generando l'annicchilimento, l'energia viene sprigionata e quindi le particelle "evaporano", o smettono di esistere?

In una condizione simile, per un ipotetico viaggio interstellare, potrebbero esserci problemi di autonomia nell'alimentazione dei propulsori? Oppure esiste la possibilità di rigenerare da 0 le particelle?

Ed, in riferimento a quello che dicevi:

"Quando le particelle entrano in contatto fra loro, praticamente si disintegrano collassando su sé stesse, liberando un'immensa energia e producendo altre particelle ed anti-particelle, le quali a loro volta si annichilano producendo altra energia e così via, finché non resta solo energia."

Quella reazione è infinita?

Modificato 5 Dicembre 2010 da jake toruk

[TidusSurya]

Rev ma tu..hai mai pensato seriamente di fare il professore?XDDsei geniale!soprattutto nell'esporre!

[Txura'tawtute]

Ottimo articolo Rev!! Spiegato in maniera perfetta! :)

[Revenant]

Articolo interessantissimo e molto ben esposto. Complimenti Revenant! :)

Spero di non aver fatto confusione da quello che ho letto, ma volevo chiedere:

Una volta che le particelle di materia e antimateria si scontrano generando l'annicchilimento, l'energia viene sprigionata e quindi le particelle "evaporano", o smettono di esistere?

In una condizione simile, per un ipotetico viaggio interstellare, potrebbero esserci problemi di autonomia nell'alimentazione dei propulsori? Oppure esiste la possibilità di rigenerare da 0 le particelle?

Ed, in riferimento a quello che dicevi:

"Quando le particelle entrano in contatto fra loro, praticamente si disintegrano collassando su sé stesse, liberando un'immensa energia e producendo altre particelle ed anti-particelle, le quali a loro volta si annichilano producendo altra energia e così via, finché non resta solo energia."

Quella reazione è infinita?

 

Ottime domande. :)

Allora, quando avviene l'annichilimento le particelle originarie sostanzialmente smettono di esistere, dato che vengono completamente convertite in energia. Questo accade in accordo con le leggi di Einstein, per cui la materia in realtà è energia sotto una forma diversa; sempre in accordo con la relatività generale, dopo l'annichilimento una parte di questa energia riforma delle particelle e delle antiparticelle, le quali a loro volta si annichiliranno fra loro o con altre particelle (immaginando uno spazio reale e non infinito, ovviamente), generando nuova energia. Alla fine, questo processo non è infinito, dato che solo un po' dell'energia si "ricondensa" in materia e molta, per esempio, diventa energia termica (leggasi entropia), si trasforma in fotoni (cioè in luce) o, semplicemente, diventa energia meccanica (escludendo dall'energia meccanica l'energia termica, ovviamente).

Per questo motivo non è possibile ricreare l'antimateria sfruttando il principio per cui, invariabilmente, si riforma un po' di antimateria ed un po' di maetria dopo ogni annichilimento, ma è solo possibile sfruttare l'"effetto cascata" per ottenere annichilazioni finché non c'è più abbastanza energia da permettere "condensazioni"; per questo motivo, esisterebbero dei problemi di autonomia dei propulsori, perché entrambi i reagenti (materia ed antimateria) alla fine di questa reazione non si riformano o si riformano solo in misura minore rispetto all'inizio.

 

Rev ma tu..hai mai pensato seriamente di fare il professore?XDDsei geniale!soprattutto nell'esporre!

Ottimo articolo Rev!! Spiegato in maniera perfetta! :)

 

Figuratevi, grazie per gli apprezzamenti. ☺️

In effetti vorrei fare il professore, ma veramente più che altro vorrei fare zoologia evolutiva. :)

Modificato 5 Dicembre 2010 da Revenant

[TidusSurya]

In effetti vorrei fare il professore, ma veramente più che vorrei fare zoologia evolutiva. :)

 

 

Che bello!Poi potresti andare a lavorare al bioparco di roma e allo zoomarine(li stanno benissimo gli animali cavolo..)bella passione e bel cervello!

 

 

[jake toruk]

Grazie mille per la risposta! :)

Allora i prossimi esploratori dello spazio dovranno portarsi dietro una bella scorta di particelle se vorranno andare lontano..... :D

[Revenant]

Ottimo articolo Rev!! Spiegato in maniera perfetta! :)

 

Grazie mille. ☺️

 

Che bello!Poi potresti andare a lavorare al bioparco di roma e allo zoomarine(li stanno benissimo gli animali cavolo..)bella passione e bel cervello!

 

 

 

A me principalmente piacerebbe darmi alla ricerca sul campo (vedi fossili o classificare animali), però sì, in effetti mi piacerebbe lavorare anche lì. :D Grazie per il"bel cervello". ☺️

 

Grazie mille per la risposta! :)

Allora i prossimi esploratori dello spazio dovranno portarsi dietro una bella scorta di particelle se vorranno andare lontano..... :D

 

Figurati, effettivamente visto e considerato che alcuni grammi di materia possono servire "solo" per spedire un oggetto della massa di uno SpaceShuttle in orbita, saranno necessari diversi chilogrammi (o persino tonnellate...) per raggiungere Alpha Centauri, ad esempio. :)

[Revenant]

Intanto, per semplificare le mie spiegazioni vi posto questo piccolo schema che ho fatto a mano io:

http://img233.imageshack.us/img233/2905/antimateria1.jpg

 

Come potete vedere, quando antimateria e materia si annichiliscono si forma una grande quantità di energia, la quale può "risolidificarsi" in altre particelle (le quali si possono a loro volta annichilire fra loro o con altre) o restare tale.

Modificato 5 Dicembre 2010 da Revenant

[.: Neytiri :.]

Ma che bell'articolooo! Mi sono sempre interessati questi tipi di fenomeni, solo che sono abbastanza ignorante da non poterne discutere con qualcuno :lol:

 

Complimenti per lo schema, era proprio quello che mi ero immaginato in testa: in pratica non rilascia nessun residuo materiale dopo la fine della sua "esistenza" quindi sarebbe anche eco-sostenibile se un giorno sfruttato a dovere e non per fare guerre mondiali.

 

Si può quantificare tra quanti anni l'uomo potrà maneggiare tali forze in quantità tali da poterle utilizzare per qualche scopo?

[Revenant]

Complimenti per lo schema, era proprio quello che mi ero immaginato in testa: in pratica non rilascia nessun residuo materiale dopo la fine della sua "esistenza" quindi sarebbe anche eco-sostenibile se un giorno sfruttato a dovere e non per fare guerre mondiali.

 

Si può quantificare tra quanti anni l'uomo potrà maneggiare tali forze in quantità tali da poterle utilizzare per qualche scopo?

 

Il problema è che per produrre antimateria occorre molta energia, e non parlo di due batterie e di un generatore ma di gigawatt... :)

Riuscire a contenerla potrebbe avvenire il prossimo anno come fra un secolo, il problema è quando si riuscirà a produrne abbastanza ed in maniera sufficientemente economica da poter essere usata come propellente, ma dubito che avverrà in tempi brevi: potrei tranquillamente essere morto quando questi sistemi verranno implementati per la prima volta, mentre invece direi che entro una cinquantina d'anni riusciranno a stabilizzarla definitivamente con i campi magnetici (se si considera che i primi atomi di antimateria vennero sintetizzati una quarantina d'anni fa, ma solo ora si sono fatti dei, sia pur limitati, progressi).

[.: Neytiri :.]

Non si sono mai verificati nello spazio degli scontri di antimateria con materia tali da essere visti dall'esserre umano in tempi recenti?

[¨•∆JN∆•¨]

che bello, bravo revenant che hai aperto questo topic, è interessantissimo!!!! anche se per me molto complicato xD

con lo schema ho capito un sacco, grazie! :)

 

ma sai un sacco di cose cavolo! ^^

[Revenant]

Non si sono mai verificati nello spazio degli scontri di antimateria con materia tali da essere visti dall'esserre umano in tempi recenti?

 

Non direttamente; tuttavia, è possibile che alcuni fenomeni di emissioni di raggi gamma e di raggi X ossevati nella regione centrale della Via Lattea siano dovuti all'annichilimento di enormi quantità di antimateria (si parla di diverse miliardi di tonnellate di positroni al secondo). Poi ci sono emissioni di vari tipi di radiazioni dovuti anche (per esempio) all'enorme buco nero che si trova al centro della nostra galassia (che "divorando" materia emana delle emissioni di raggi X notevoli) ed alle pulsar (delle strane stelle che emettono violente vampate di onde elettromagnetiche ad intervalli estremamente regolari), ma è plausibile che la violenza di alcuni di questi fenomeni siano dovuti all'antimateria ed al fatto che venga attirata da delle vicine stelle di neutroni (delle stelle "morte", talmente dense che una quantità di massa grande come un cucchiaino peserebbe circa come il Monte Everest) e lì si annichila provocando queste emissioni.

 

che bello, bravo revenant che hai aperto questo topic, è interessantissimo!!!! anche se per me molto complicato xD

con lo schema ho capito un sacco, grazie! :)

 

ma sai un sacco di cose cavolo! ^^

 

Figurati, è un piacere. ☺️

[pidav]

 

 

 

Buon pomeriggio,

 

davvero un bel articolo ed anche le note seguenti sono davvero illuminanti. Messo così sembra che nè ora nè in futuro sarà possibile spostarsi fra sistemi (pandora è salva...) ma allora mi (e ti) chiedo: la teoria delle stringhe e relativi portali potrebbero essere l'alternativa oppure è solo fantascienza e/o teoria?

[Revenant]

Buon pomeriggio,

 

davvero un bel articolo ed anche le note seguenti sono davvero illuminanti. Messo così sembra che nè ora nè in futuro sarà possibile spostarsi fra sistemi (pandora è salva...) ma allora mi (e ti) chiedo: la teoria delle stringhe e relativi portali potrebbero essere l'alternativa oppure è solo fantascienza e/o teoria?

 

No, non può essere un'alternativa, dato che la teoria delle stringhe in realtà non è (visto che non può essere falsificata ed è praticamente indimostrabile) una vera e propria teoria scientifica. Inoltre, immagino che per "portali" tu intenda i cosiddetti "wormhole", i quali sarebbero l'altra estremità di un buco nero (praticamente, il buco nero "inghiotte" la materia ed il wormhole la "risputa" instantaneamente in un altro punto dello spazio-tempo), purtroppo però non sono mai stati osservati e non sono mai state portate prove teoriche della loro esistenza, pertanto siamo nel campo della mera speculazione.

In futuro potrebbe essere possibile spostarsi tra i sistemi stellari sfruttando astronavi con motori alimentati ad antimateria, quel che dico è che sarà necessario attendere un bel po' di tempo (fino a quando, cioè, l'antimateria sarà meno costosa da produrre e si potrà stoccare in maniera sicura)...

[pidav]

No, non può essere un'alternativa, dato che la teoria delle stringhe in realtà non è (visto che non può essere falsificata ed è praticamente indimostrabile) una vera e propria teoria scientifica. Inoltre, immagino che per "portali" tu intenda i cosiddetti "wormhole", i quali sarebbero l'altra estremità di un buco nero (praticamente, il buco nero "inghiotte" la materia ed il wormhole la "risputa" instantaneamente in un altro punto dello spazio-tempo), purtroppo però non sono mai stati osservati e non sono mai state portate prove teoriche della loro esistenza, pertanto siamo nel campo della mera speculazione.

In futuro potrebbe essere possibile spostarsi tra i sistemi stellari sfruttando astronavi con motori alimentati ad antimateria, quel che dico è che sarà necessario attendere un bel po' di tempo (fino a quando, cioè, l'antimateria sarà meno costosa da produrre e si potrà stoccare in maniera sicura)...

 

irayo.😊

[Ellenico]

Wheeler dimostrò che i wormhole (ovvero i ponti di Einstein-Rosen) sono estremamente instabili; se anche se ne formasse uno collasserebbe all'istante tanto che niente riuscirebbe a passarvi.

[.: Neytiri :.]

E' difficile credere che un chiacchiaino di quella stella morta possa pesare come l'everest.. caspita!

[Nagaronte]

Questo tipo di argomento mi incuriosisce tantissimo e vorrei saperne qualcosa di più.

Stavo pensando a quello che avevi scritto e mi è venuta in mente una domanda.

 

Dunque, nell'antimateria invece le cariche delle varie particelle sono invertite: il protone ha carica negativa e l'elettrone carica positiva (e quindi viene chiamato "positrone"), tuttavia essendo di uguali dimensioni e non avendo "comportamente strani" (un atomo di anti-idrogeno formerà molecole di anti-acqua con l'anti-ossigeno esattamente come l'idrogeno forma molecole d'acqua legandosi con l'ossigeno) agiranno esattamente come le loro controparti "normali". In effetti, un ipotetico universo di antimateria sarebbe uguale al nostro, eccetto appunto per queste cariche "invertite" in protoni ed elettroni

 

Ma come si comporta l'elettronegatività, e quindi la polarizzazione e i quindi i legami secondari di natura elettrica nell'antimateria?

Ho provato a darmi una risposta, ma non so se l'elettronegatività è solo la capacità di attrarre elettroni in generale o elettroni solo se sono negativi.

 

EDIT.

Mi sono espresso un po' male xD

La domanda vera e propria è: l'elettro negatività è la capacità di un atomo di attrarre elettroni in generale o solo se sono negativi?

 

Perchè nel primo caso non ci sarebbero problemi, semplicemente le cariche sarebbe invertite, no?

[pidav]

Ma come si comporta l'elettronegatività, e quindi la polarizzazione e i quindi i legami secondari di natura elettrica nell'antimateria?

Ho provato a darmi una risposta, ma non so se l'elettronegatività è solo la capacità di attrarre elettroni in generale o elettroni solo se sono negativi.

 

... sono proprio curioso di conoscere la risposta: l'elettromagnetismo mi ha sempre affascinato.

[Revenant]

Mi sono espresso un po' male xD

La domanda vera e propria è: l'elettro negatività è la capacità di un atomo di attrarre elettroni in generale o solo se sono negativi?

 

Perchè nel primo caso non ci sarebbero problemi, semplicemente le cariche sarebbe invertite, no?

 

No, è la capacità di un atomo di attrarre elettroni in generale, quindi il valore di elettronegatività di un atomo di anti-idrogeno è uguale a quello di un atomo di idrogeno, logicamente non stiamo più parlando dell'attrazione di cariche negative ma di cariche positive, in tal caso puoi tranquillamente metterci un "-" davanti. Perciò, gli atomi di antimateria si comportano esattamente come gli atomi di materia anche da questo punto di vista, non cambiando la distribuzione della carica sui positroni (dato che sono grandi qunato gli elettroni) o sugli antiprotoni (idem) ed avendo cariche uguali (sia pure invertite).