FISICA: ANTI-IDROGENO

[CENTRO ANTI-BLASFEMIA]

Anti-idrogeno
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Nell'antimateria, l'anti-idrogeno è l'equivalente dell'idrogeno. Dal
momento che il comune atomo di idrogeno è composto da un elettrone e
un protone, l'atomo di anti-idrogeno è costituito da un positrone e un
antiprotone. Il suo simbolo chimico (proposto) è H, vale a dire, H con
una overbar. [1]



Caratteristiche

Secondo il teorema CPT della fisica delle particelle, gli atomi di
anti-idrogeno avrebbero molte delle caratteristiche degli atomi
regolari di idrogeno, vale a dire stessa massa, stesso momento
magnetico e stesse frequenze di transizione (vedi spettroscopia
atomica) tra i suoi stati quantici atomici. Per esempio, gli atomi di
anti-idrogeno eccitati sono tenuti a incandescenza con lo stesso
colore di quello dell'idrogeno regolare. Gli atomi di anti-idrogeno
dovrebbe essere attratti da altra materia o antimateria in modo
gravitazionale con una forza di grandezza uguale a quella che agisce
sugli atomi di idrogeno. Ciò non sarebbe vero se l'antimateria avesse
una massa gravitazionale negativa (cosa considerata altamente
improbabile, anche se non ancora empiricamente smentita).

Quando gli atomi di anti-idrogeno vengono a contatto con la materia
ordinaria, rapidamente annichiliscono l'un l'altro, producendo energia
in forma di raggi gamma e particelle ad alta energia chiamate pioni.
Questi pioni a loro volta decadono rapidamente in altre particelle
chiamate muoni, neutrini, positroni ed elettroni, e queste particelle
rapidamente si dissolvono. Se gli atomi di anti-idrogeno si trovassero
sospesi in un vuoto perfetto, tuttavia, essi sopravviverebbero
all'infinito.



Produzione

Nel 1995, il laboratorio del CERN a Ginevra per prima produsse l'anti-
idrogeno nel LEAR sparando antiprotoni prodotti in un acceleratore di
particelle, su cluster di xeno. Quando un antiprotone si avvicina a un
nucleo, può prodursi una coppia elettrone-positrone e, con qualche
probabilità, il positrone sarà catturato dall'antiprotone per formare
l'anti-idrogeno. La probabilità di produrre anti-idrogeno da un
antiprotone essendo solo di circa 10-19, faceva sì che questo metodo
non fosse ben adatto per la produzione di notevoli quantità di
antidrogeno, [2] come dettagliatamente avevano in precedenza
dimostrato i calcoli. [3]

In un esperimento effettuato dalla cooperazione dell'ATRAP e
dell'ATHENA al CERN, i positroni da una fonte di sodio radioattivo e
antiprotoni furono condotti insieme in una trappola magnetica di
Penning, dove la sintesi ebbe luogo a un tipico tasso di 100 atomi di
anti-idrogeno al secondo. L'anti-idrogeno venne per la prima volta
prodotto da queste due collaborazioni nel 2002, ed entro il 2004 forse
circa centomila atomi di anti-idrogeno sarebbero stati prodotti in
questo modo.

Gli atomi di anti-idrogeno sintetizzati finora hanno avuto una
temperatura molto elevata (alcune migliaia di kelvin), quindi colpendo
le pareti dell'apparecchiatura sperimentale di conseguenza
annichiliscono. Una possibile soluzione a questo problema sarebbe
quello di produrre atomi di antidrogeno a così bassa temperatura
(forse una frazione di kelvin) in modo da poter essere catturati in
una trappola magnetica o una trappola a rf combinata.

Sono state riportate segnalazioni di antiprotoni e antielettroni
catturati simultaneamente, [4] e il raggiungimento del raffreddamento
necessario. [5] Ci sono brevetti dettagliati riguardo al modo di
produrre antidrogeno. [6]

Gli atomi di antimateria come quelli di antideuterio (D), antitritio
(T), e antielio (He) sono molto più difficili da produrre rispetto
all'anti-idrogeno. Tra questi, soltanto i nuclei di antideuterio sono
stati finora prodotti ed hanno velocità talmente elevate che la loro
sintesi potrà aversi soltanto tra molti decenni.

Evento naturale
Oggi, non potrebbe essere segnalata nessuna traccia conclusiva
spettrale riguardo alla presenza di antidrogeno, perciò misurare lo
spettro di antidrogeno, in particolare l'intervallo 1S-2S, è
esattamente l'obiettivo di queste collaborazioni al CERN.

Note
^ In inglese il simbolo H viene pronunciato /ˌeɪtʃ ˈbɑr/
^ W. Oelert e M. Macri, G.Baur; G. Boero; S. Brauksiepe; A. Buzzo; W.
Eyrich; R. Geyer; D. Grzonka; J. Hauffe; K. Kilian; M. LoVetere; M.
Moosburger; R. Nellen; S. Passaggio; A. Pozzo; K. Röhrich; K. Sachs;
G. Scheppers; T. Sefzick; R.S. Simon; R. Stratmann; F. Stinzing; M.
Wolke (1996). Production of Antihydrogen. Physics Letters B 368:
251ff (in en).
^ A. Aste, G. Baur, D. Trautmann, K. Hencken (1993). Electromagnetic
Pair Production with Capture. Physical Review A 50: 3980ff (in en).
^ G. Gabrielse, D.S. Hall; T. Roach; P. Yesley; A. Khabbaz; J.
Estrada; C. Heimann; H. Kalinowsky (1999). The ingredients of cold
antihydrogen: Simultaneous confinement of antiprotons and positrons at
4 K. Physics Letters B 455 (1-4): 311–315 (in en). DOI:10.1016/
S0370-2693(99)00453-0.
^ G. Andresen, et al. (2007). Antimatter Plasmas in a Multipole Trap
for Antihydrogen. PRL 98: 023402 (in en). DOI:10.1103/PhysRevLett.
98.023402.
^ Hessels Eric Arthur (dicembrer 2000). Process for the production of
antihydrogen. US patent 6163587 (in en).
http://it.wikipedia.org/wiki/Anti-idrogeno