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Cercando l'universo parallelo esperimento nello spazio Cercando l'universo parallelo Zichichi racconta la scoperta dell'antimateria ESISTE un universo parallelo al nostro, fatto di antimateria? Tre mesi fa lo Shuttle ha portato in orbita un apparato per rispondere a questa domanda: si chiama Ams, Spettrometro Magnetico Alfa ed è centomila volte più sensibile degli strumenti analoghi usati in precedenza. Ams tornerà nello spazio - per restarvi a lungo nel 2002, quando sarà installato sulla Stazione spaziale internazionale. Tra i protagonisti di questa ricerca spicca Antonino Zichichi, il fisico che nel 1965 scoprì il primo nucleo di antimateria, l'antideutone. Zichichi è autore di molte scoperte nello studio delle leggi fondamentali della natura, è ordinario di fisica superiore all'Università di Bologna e autore di oltre 500 pubblicazioni, alcune delle quali hanno aperto nuove strade alla fisica subnucleare: gli abbiamo posto alcune domande sulle ultime ricerche dedicate all'antimateria. Grazie alla Nasa l'antimateria ritorna di grande attualità. Come potremmo descrivere l'antimateria? «L'antimateria è identica alla materia: un antigelato di fragola avrebbe lo stesso sapore, la stessa forma, gli stessi colori del nostro gelato di fragola. A gustarlo però dovrebbe essere un antiuomo che vivesse su un'antiterra che girasse attorno a un antisole di una antigalassia identica alla nostra». Perché un antigelato non potrebbe esser gustato da un uomo? «L'antigelato è fatto di antimateria, l'uomo di materia. Quando materia e antimateria vengono a contatto scatta l'annichilazione, cioè la totale trasformazione di massa in energia: un processo sconosciuto prima che Dirac scrivesse la sua famosa equazione». Cosa dice questa ne? «Se c'è l'elettrone deve esistere l'antielettrone. Oggi può sembrare ovvio che se esiste una particella deve esistere la sua antiparticella. Ma quando Dirac scoprì la sua equazione, l'antielettrone venne fuori in modo incredibile: e cioè come risultato delle energie negative che emergevano dall'equazione. Fu l'inizio di una nuova era nel pensiero scientifico». Quali sono La Stazione spaziale internazionale di prossima realizzazione ospiterà un esperimento sull'antimateria di capisaldi questa nuova era? «L'esistenza di particelle che non fanno parte della realtà a noi familiare e la previsione di un fenomeno fisico totalmente nuovo: l'annichilazione cui ho già accennato. Un elettrone e un antielettrone, se si mettono insieme, si autodistruggono. La loro massa viene trasformata in energia elettromagnetica: due quanti di "luce"». L'annichilazione vale solo per gli elettroni o vale anche per la materia? «Vale per qualsiasi particella che incontri la sua antiparticella. E vale anche per la materia, se esiste l'antimateria». Antiparticelle e antimateria non sono la stessa cosa? «Assolutamente no. Immaginiamo di avere una certa quantità di mattoni. Usando una colla (calce o cemento) è possibile costruire case, grattacieli, ponti. Gli ingredienti essenziali sono mattoni e colla. Al posto dei mattoni immaginiamo di avere protoni e neutroni e, al posto del cemento, la colla nucleare. I protoni e i neutroni si incollano grazie alla "colla" nucleare. E' così che nascono i nuclei. Ad esempio il carbonio che c'è nelle nostre cellule ha un nucleo fatto con sei protoni e sei neutroni. La materia esiste in quanto protoni e neutroni si incollano. Immaginiamo adesso di avere sei antiprotoni e sei antineutroni. Se si incollassero, potremmo avere il nucleo dell'anticarbo- nio. E così per tutti gli altri antinuclei: l'antiossigeno, l'antiferro, l'antipiombo... Se però le antiparticelle non si incollano, addio antimateria. L'esistenza delle antiparticelle non garantisce l'esistenza dell'antimateria. Potrebbero esistere gli antiprotoni e gli antineutroni ma senza capacità di incollarsi. Se così fosse l'antimateria non potrebbe esistere. Il punto cruciale è la differenza tra antiparticella e antimateria». Perché questa differenza è così cruciale? «In questa differenza stanno settantanni di fisica fondamentale. Non è facile riassumerli. E' un'avventura che inizia con quel gigante di Paul Dirac e con l'invenzione dei cosiddetti operatori di simmetria. Esempio: esiste la mano destra. L'operatore di simmetria detto "di parità" (simbolo P) trasforma la mano destra in mano sinistra. E' l'operazione che fa uno specchio. Altro esempio: esiste l'elettrone con carica elettrica negativa. L'operatore di simmetria detto "coniugazione di carica" (simbolo C) trasforma l'elettrone in una particella identica con una sola cosa diversa: il segno della carica elettrica, che è opposto a quello di partenza. L'operatore C trasforma quindi un elettrone in un antielettrone. Più in generale, una particella nella sua antiparticella. Questo operatore C non è un dettaglio matematico banale. A scoprirlo fu un grande fisico matematico, Herman Weyl, amico di Dirac, la cui equazione aveva suscitato enorme interesse. Con la scoperta dell'operatore C sparisce la necessità delle energie negative e l'antielettrone diventa soluzione dell'equazione di Dirac con energia positiva. Inizia con l'operatore C l'avventura delle antiparticelle e dell'antimateria. Infatti, se la realtà tutta, dall'elettrone alla Luna, al Sole, alle stelle, alle galassie, obbedisce alla Legge di Simmetria descritta dall'operatore C, allora deve esistere non solo l'antielettrone, ma l'antiprotone, Tantineutrone, l'antimateria, le antistelle e le antigalassie. E' l'ipotesi che formulò Dirac nella sua lezione-Nobel (1933). Tutto andò Uscio fino al 1957, quando si scoprì che le forze di Fermi non obbediscono alla Legge di Simmetria C né a quella P. Fu una bomba, subito smorzata da Landau (caposcuola della fisica teorica russa) il quale fece nota- re che le Forze di Fermi obbedivano alla Legge di Simmetria congiunta C e P. Tutta la realtà fisica resta inalterata se sottoposta a due operazioni simultanee: scambio di Carica (da positiva a negativa) e scambio di Parità (da destra a sinistra). Se il mondo materiale obbedisce alla Legge di Simmetria C x P allora devono esistere le antiparticelle, l'antimateria, le antistelle e antigalassie. Dirac tirò un sopiro di sollievo. Si arriva così al 964». Cosa succede nel 1964? Crolla anche la Legge di Invaanza C x P. E qui entra in gioco nvarianza per l'inversione ell'asse dei tempi. Nella nostra ealtà è impossibile andare inetro nel tempo. Arrivati agli ttant'anni non possiamo ritorare quindicenni. L'elettrone erò e tutte le particelle elementari non hanno orologio né memoria. Come fanno a distinuere il futuro dal passato? Fu n altro gigante della fisica di uesto secolo, Eugene Wigner, a ormulare questa Legge di Simmetria, indicata con il simbolo . Se inveito l'asse del tempo, la ealtà fisica fondamentale non eve cambiare. Adesso attenione: una Legge di Simmetria ondamentale dice che se faccio utte le tre operazioni, inveito asse dei tempi, scambio carica on anticarica e destra con sinitra, tutta la realtà fisica rimae inalterata. A questa legge si à il nome di Teorema C x P x T nsomma, nulla cambia se si inertono carica, parità e tempo», Che c'entra il Teorema CPT con l'antimateria? A prescindere dai dettagli, se la ealtà obbedisce alla legge di immetria C x P x T, allora deve sistere l'antimateria. Però se P è violato e T conservato CPT non vale e l'antimateria non esi te più. Ecco perché la prova dell'esistenza dell'antimateria diventa cruciale nel 1964». Lei ha fondato e dirige il Centro Majorana di Erice, dove ha portato i più brìi' lanti scienziati del mondo, tra i quali innumerevoli Premi Nobel. Ha un ricordo personale di quegli anni? Era l'agosto del 1964 e l'Urss aveva dato il permesso di tenere a Dubna (il più grande laboratorio di fisica nucleare dell'Urss) il Congresso mondiale dei fisici n quel congresso vennero pre entati da un gruppo americano i risultati sperimentali .... 9 che dimo^||{gK * ! stravano la violazione della Simme tria C x P. A me toccava parlare subito dopo per i risultati ot tenuti al Cern sulla struttura "ti po-tempo del protone Avevo alla mia destra Bruno Ponte corvo e alla mia sinistra Bruno Tou schek (l'in ventore della macchina a collisione elettroni-an tielettroni di Frascati). Pontecorvo mi sussurrò all'orecchio: "Que sti si sono giocati la loro reputa zione per il resto dei loro giorni». Touschek mi suggerì di invitarli a Erice per metterli sotto torchio. Insomma, pochi crede vano a quei risultati. Cronin, il fisico che avrebbe poi avuto il Nobel per quella scoperta (assieme a Fritch), venne a Erice e fu evidente che si trattava di una autentica bomba nel cuore della fisica di quei tempi. Tornato a Ginevra decisi che il mio progetto, per stabilire se esiste va o no l'antimateria, doveva avere assoluta priorità. Avevamo costruito il più potente fascio di antiparticelle al mondo E il più preciso sistema di misura dei loro tempi di volo: un decimo di miliardesimo di secon do. E' lo stesso sistema che è stato messo nello Shuttle e sarà installato nella stazione orbitale per cercare l'antimateria nello spazio. La scoperta dell'antimateria nucleare fece uscire Dirac da un anno di crisi nera. Volle conoscermi e da quell'incontro nacque una grande amicizia e con essa i Seminari di Erice sulle guerre nucleari». Come mai? «Dirac era grande amico di Piotr Kapitza, che ebbe il coraggio di dire a Stalin che il progetto della bomba H non voleva dirigerlo, mettendosi in un mare di guai. I Seminari di Erice hanno portato avanti questa coraggiosa linea della scienza contro la violenza politica». [S. n.j vdmstfincdctnoSopra, il fisico Antonino Zichichi A sinistra, laboratori del Cern, dove Zichichi fa ricerca Dopo il volo sullo Shuttle il rivelatore di anti-atomi verrà installato sulla Stazione spaziale Il fondatore del Centro di Erice: «In gioco la legge fondamentale della simmetria di tempo, spazio e carica elettrica» La Stazione spaziale internazionale di prossima realizzazione ospiterà un esperimento sull'antimateria .... *^||{gK * ! Sopra, il fisico Antonino Zichichi A sinistra, laboratori del Cern, dove Zichichi fa ricerca