Avatar al cubo, Antimateria intrappolata al Cern

Facciamo l’antimateria. Siamo all’Avatar al cubo: 38 atomi artificiali di antimateria, 38 piccoli passi, un balzo gigantesco per l’Umanità. Verso le stelle. Stiamo vivendo un flash-forward decisamente interessante. In un laboratorio civile del Centro Ricerche Nucleari di Ginevra sono stati prodotti migliaia di atomi di antimateria (antidrogeno) e, per la prima volta, 38 di questi […]

Facciamo l’antimateria. Siamo all’Avatar al cubo: 38 atomi artificiali di antimateria, 38 piccoli passi, un balzo gigantesco per l’Umanità. Verso le stelle. Stiamo vivendo un flash-forward decisamente interessante. In un laboratorio civile del Centro Ricerche Nucleari di Ginevra sono stati prodotti migliaia di atomi di antimateria (antidrogeno) e, per la prima volta, 38 di questi anti-atomi sono sopravvissuti per un decimo di secondo, stabilizzati grazie al loro confinamento magnetico. In pratica, sono stati tenuti in vita artificialmente, “parcheggiati” nell’esperimento Alpha condotto da migliaia di fisici nucleari di tutto il mondo. “Ci sono significativi passi in avanti nella ricerca sull’antimateria – fa notare il direttore generale del Cern, Rolf Heuer – e siamo solo all’inizio di questa straordinaria avventura”. La Chiesa benedice e incoraggia le ricerche al servizio dell’umanità e della dignità della persona nella salvaguardia della Terra e dell’Universo. Il Vaticano non teme l’antimateria che potrebbe aprirci le porte verso le altre stelle, ma le sue applicazioni tecnologiche che non siano al servizio della sacralità della vita e dell’Uomo, unica razza sulla Terra e, fino a prova contraria, nell’Universo. Si aprono finalmente prospettive molto importanti per capire com’è fatto l’Universo in cui viviamo ma anche per cercare di immaginare realmente come costruire la prima astronave interstellare entro i prossimi 150 anni, come profetizzato da Gene Roddenberry creatore di Star Trek e da James Cameron creatore di Avatar. La realtà della ricerca scientifica supera di gran lunga la fantasia degli autori di fantascienza. Ora spetta alle imprese fare il loro dovere, per accelerare queste ricerche ed imprimere alle scoperte la giusta rotta. Ora spetta alla Politica, alla Filosofia, alla Religione, offrire le chiavi di volta per la buona applicazione tecnologica di tali scoperte. L’antimateria viene regolarmente usata in medicina (positroni) ma auguriamoci di non costruire mai un ordigno ad antimateria, perché sarebbe il primo e l’ultimo esperimento sulla Terra e nel Sistema Solare! Insomma, pochi giorni prima dell’uscita del cofanetto in edizione limitata estesa in dvd-blu ray del capolavoro cinematografico Avatar di Cameron (con il fantastico booklet, il busto di Jake e la pellicola da collezione), la realtà della libera ricerca scientifica ha sorpreso e stupito il mondo intero. La fantascienza, sconfinata nel reale, è davvero nulla rispetto all’incredibile scoperta effettuata dai fisici nucleari dell’esperimento Alpha al Cern. Nuvole di atomi (non particelle) di antimateria (antidrogeno) sono state prodotte in laboratorio. Il risultato è stato pubblicato nell’edizione online (anticipata) della prestigiosa rivista scientifica internazionale “Nature”. L’esperimento Alpha ha permesso la produzione in modo controllato di anti-atomi dalle “qualità” (carica elettrica) decisamente opposte (specchio) rispetto a quelle della materia ordinaria di cui saremmo (uso il condizionale, a ragione) fatti. Solo 38 di questi atomi di antidrogeno hanno evitato l’immediata annichilazione perché “catturati” in uno scenario che ricorda la saga di Star Trek. “E’ impensabile oggi portare l’antimateria a spasso – osserva il fisico Andrea Vacchi dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) – infatti è sufficiente che un atomo di antidrogeno venga a contatto con la materia ordinaria, ad esempio con un gas o con le stesse pareti del contenitore, perché avvenga una completa annichilazione”. Ogni atomo distruggerebbe all’istante il suo corrispettivo antiatomo. Entrando a contatto, materia e antimateria si annullano (o annichilano) a vicenda nella più straordinaria liberazione di energia. L’annichilazione, infatti, è la massima espressione energetica prevista in Natura (ce lo ricorda la famosa equazione di Einstein sull’equivalenza massa-energia) per la totale trasformazione della materia in energia.

Nell’annichilazione tutta la massa si trasforma in energia. La notizia più importante, il cuore del risultato annunciato dal Cern mercoledì 17 novembre 2010, ottenuto dal gruppo di Jeffrey Hangst, è che adesso è possibile produrre l’antimateria in quantità controllabile direttamente dall’Uomo.

Il problema, però, non è di poco conto. Dalle particelle elementari siamo passati agli atomi: le energie in gioco diventano considerevoli già a piccole quantità. Occorre “parcheggiare” l’antimateria con una grandissima precisione, altrimenti il botto è inevitabile. Non vi ispira l’incipit del film Avatar, con l’astronave madre Venture Star in fase di avvicinamento a Pandora?

Questo significa che d’ora in poi saranno molti di più gli atomi di antidrogeno sotto osservazione. Diventeranno uno straordinario laboratorio per mettere finalmente a confronto l’antimateria con la materia ordinaria, per capire cosa succede poco prima e poco dopo l’annichilazione. Si ripropone il problema focale di Scotty, il famoso ingegnere capo dell’astronave Enterprise, alle prese con le equazioni necessarie per la fase di miscelamento di materia ed antimateria nella camera di reazione grazie ai cristalli di “dilitio”. Alle giuste condizioni fisiche, tutto ok! A freddo l’Enterprise tornava indietro nel tempo. A caldo, navigava nel Cosmo a velocità ben superiori a quella della luce.

Se questa è ancora fantascienza, giudichi il Lettore del futuro. Gli iPad dimostrano che siamo sulla strada giusta. Per ora, la speranza è di riuscire a risolvere uno dei più grandi rompicapi della fisica contemporanea: il perché al momento del Big Bang, circa 14 miliardi di anni fa, la Natura abbia preferito la materia ordinaria all’antimateria. Attenzione alle espressioni convenzionali nella Scienza! Perché entrambe sarebbero state prodotte nella stessa quantità in modo simmetrico (al punto zero del pre-Big Bang!) e di conseguenza avrebbero dovuto cancellarsi a vicenda con tutto l’Universo. Tuttavia questo non è accaduto, grazie a Dio, perché una certa quantità di quella che oggi chiamiamo “materia” (calcolata in una particella ogni 10 miliardi di particelle di antimateria) è riuscita a sfuggire alla fine. E grazie a questa “rottura della simmetria” si è formato il mondo in cui viviamo, con pianeti, stelle e galassie. Che cosa sia successo effettivamente dopo il Big Bang è ancora un mistero. Ma i fisici del Cern hanno strumenti senza precedenti per fare un po’ di luce.

La storia di Avatar lascia sperare in un futuro migliore per la Terra. Sicuramente diversa da quella che tra 150 anni l’ex-marine Jake Sully sarà costretto a lasciare, per sostituire il fratello scienziato nella missione di esplorazione del pianeta Pandora sul sistema stellare di Alpha Centauri. Nel film, le analisi condotte avevano determinato la tossicità dell’atmosfera della luna aliena per l’organismo umano ma non per gli abitanti nativi chiamati Na’vi. Questa condizione costringerà gli scienziati a creare degli esseri “potenziati” simili agli abitanti del pianeta (denominati Avatar) che possono essere governati dall’uomo per compiere tutte le azioni senza che gli umani possano correre alcun pericolo. Pandora è un pianeta ricco di un minerale capace di risolvere il drammatico problema della riduzione delle fonti energetiche e del degrado ambientale che ha portato la Terra verso la catastrofe ecologica. Le imprese private varano la più straordinaria astronave interstellare. Jake si rende conto della duplice subdola natura della missione: la conquista delle fonti energetiche di Pandora è il vero scopo del viaggio. L’ex-marine dovrà decidere se stare dalla parte dei Na’vi o essere solidale con il piano di invasione terrestre…Ma che cosa ci condurrà sulle vicine stelle? L’antimateria. I libri del fisico nucleare Stanton T. Friedman confermano ampliamente le nostre più rosee previsioni. L’efficienza dell’annichilazione (100%) nella conversione materia-energia, è infinitamente più importante rispetto alla fissione e fusione nucleari, come confermano gli studi pioneristici del professor Antonino Zichichi, fondatore del Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell’Infn. Il problema è sulla natura di un motore ad antimateria: cosa deve fare? Come deve lavorare? Ci stiamo avvicinando alla verità. Parallelamente, potrebbe essere utile capire anche il contrario: cioè che noi terrestri siamo fatti di antimateria, così rara rispetto all’enorme quantità di materia ed energia “oscure” che permeano l’Universo. Allora sarebbe giusto pensare che quella prodotta al Cern possa effettivamente essere materia vera! Ma questa è un’altra storia, perché oggi è stata varcata una porta aperta nel 1928 dal fisico Paul Dirac, che non può essere chiusa tanto facilmente. Le applicazioni tecnologiche non mancheranno di porre questioni di natura etica. Che fare dell’antimateria prodotta? Perché produrla? Per andare dove? L’esame diagnostico Pet ad emissione di positroni (anti-elettroni) è un’applicazione delle ricerche sull’antimateria al servizio della salute delle persone. Se faccio esperimenti sull’antimateria già devo sapere fin dove posso spingermi, devo cioè prefigurare gli scenari più diversi, positivi e negativi, altrimenti sarei un irresponsabile, non uno scienziato: questo è il pensiero dominante negli ambienti scientifici mondiali. Questo fu molto probabilmente il pensiero di Ettore Maiorana, precursore del ben più pacifico esperimento sul decadimento doppio beta in corso al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso (esperimento astro particellare Gerda). Maiorana, il più grande scienziato italiano, scomparso nel nulla degli Anni Trenta nel secolo scorso, aveva forse capito tutto. Fatto sta che la trappola di antimateria al Cern ha funzionato: le due nuvole di anti-protoni ed anti-elettroni, originate da una sorgente radioattiva, si sono effettivamente incontrate a temperature prossime allo zero assoluto creando nel vuoto migliaia di atomi di antidrogeno. Arrestare per un decimo di secondo il processo di annichilazione tra atomi ed antiatomi stabili e neutri, è un messaggio molto potente. Con questi piccoli “antimondi” che si annichilano scomparendo non più improvvisamente al contatto con la materia ordinaria, d’ora in poi tutto è possibile. E il totalmente inatteso ci aspetta al prossimo varco: tunnel spaziali, buchi neri, porte del tempo, motori di astronavi, finestre su altri mondi-specchio ovvero sulla Terra del passato, magari su pianeti alieni che hanno contemporaneamente aperto un altro stargate. Chi può dirlo?

Tutto ebbe inizio nel 1995 quando al Cern, utilizzando l’elemento più abbondante nel Cosmo, l’idrogeno (un protone, un elettrone), furono creati i primi nove atomi artificiali di antidrogeno.

Poi nel 2002 gli esperimenti Athena ed Atrap mostrarono che era possibile produrre antidrogeno in grandi quantità, aprendo la possibilità di condurre studi molto più dettagliati sulla natura dell’Universo. Il successo dell’esperienza Alpha, decisamente da premio Nobel, è il passo più significativo finora compiuto nel processo di immagazzinamento dell’antimateria sulla Terra. Come sull’Enterprise di Star Trek e sull’Interstellar Venture Star di Avatar, il problema è il confinamento dell’antimateria circondata dalla materia. Poiché il contatto (astronauti, mai baciare una ragazza di antimateria!) tra materia ed antimateria è letale, gli atomi di antidrogeno vivono pochissimo nel nostro Universo. Ma l’Uomo è riuscito a ritardare il loro trapasso! Aumentando la vitalità dell’antimateria sulla Terra. Questa è la notizia focale. Come? Grazie a speciali campi magnetici che con la loro forza hanno costretto l’antimateria a stare lontana dalla materia. Che pena, non poter baciare la più bella ragazza di antimateria dell’Universo! L’esperimento Ams già alla Nasa per il volo inaugurale sulla Stazione Spaziale Internazionale nel 2011, frutto di una collaborazione scientifica internazionale voluta fortemente dal prof. Antonino Zichichi, cercherà l’antimateria nei raggi cosmici. E sarà caccia grossa: l’obiettivo è scovare i pesanti atomi di anti-elio (l’elio è il secondo elemento più abbondante nell’Universo). Se esiste, allora un giorno incontreremo sicuramente ragazze di antimateria su antimondi illuminati da antistelle. Alpha al Cern di Ginevra ha mostrato il metodo per far sopravvivere migliaia di atomi di antidrogeno almeno un decimo di secondo. Un’eternità solo alcuni fa. Che cosa accadrà quando riusciremo a confinare l’antimateria per ore, giorni ed anni? Al Cern il programma prosegue: l’esperimento Asacusa ha mostrato una nuova tecnica per la produzione di antidrogeno, da far impallidire gli autori di Star Trek. In un lavoro scientifico che presto verrà dato alle stampe sul Physical Review Letters, viene annunciato il successo di un altro metodo di creazione dell’antimateria (definito Cusp trap), questo sì un precursore (non sismico, si spera!) essenziale per fabbricare un intenso raggio laser ad antimateria! Siamo davvero all’interno della fantascienza più fantastica ma reale. Asacusa promette davvero scintille ad annichilazione controllata: questa tecnica servirà per studiare i segreti dell’antimateria in tempi molto più lunghi, come sostiene Yasunori Yamazaki del Japan’s Riken Research Center, membro della collaborazione scientifica Asacusa. “C’è ancora molta strada da fare, ma siamo molto felici di vedere come lavorano bene queste diverse tecniche di produzione di antimateria”. Facciamo l’antimateria e la immagazziniamo. Il mercato dell’antimateria abbia inizio. E che Dio ci aiuti.

Nicola Facciolini