Storia della scienza e della filosofia

Dirac e la scoperta dell’antimateria

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Un vero genio della fisica ha aperto gli occhi a tutti su un fatto straordinario, la materia con la quale siamo fatti, e sono fatti le stelle e le galassie, i pianeti e le comete è soltanto una parte della materia esistente.
E non lo ha fatto attraverso un colpo di fortuna estemporaneo ma costruendo la sua teoria sul lavoro di altri brillanti scienziati. Nello specifico sul lavoro di Einstein relativo al movimento degli oggetti a velocità estreme e sul curioso comportamento delle particelle quantiche.
Il suo nome era Paul Dirac che creò l’idea di campo quantico e conseguentemente scopri’ l’antimateria.
Dirac era uno scienziato inglese che tra il 1932 e il 1969 fu titolare della Lucasian Chair of Mathemathics alla Cambridge University, una delle cattedre scientifiche più prestigiose al mondo. Isaac Newton la ricopri dal 1669 al 1702 ed anche Stephen Hawking dal 1979 al 2009.
Cosè esattamente l’antimateria?
Sappiamo dalla celebre formula di Einsteni e=mc2 che la massa può essere convertita in energia e l’energia in massa. Con un tasso di cambio molto alto.
E l’energia può essere “presa a prestito” per un breve lasso di tempo dal vuoto, dai campi quantici, per creare particelle. Ora immaginiamo di essere in uno spazio vuoto ed ancora più precisamene nel vuoto di un campo elettromagnetico.
Improvvisamente appare un elettrone. Prima non c’era niente, adesso c’è un elettrone. Ed un elettrone ha una massa, questo significa che una certa dose di energia è stata necessaria per creare quella massa.
Ricordate la formula einsteniana, vero?
Ma l’elettrone ha anche una carica elettrica, da dove proviene quella carica?
La massa deriva dall’energia, e massa ed energia sono equivalenti, per cui la comparsa di una massa che prende a prestito una certa quantità di energia è un processo che mantiene l’equilibrio (parolina magica nel grande ordine dell’universo).
Ma adesso questa carica elettrica negativa sembra apparsa dal nulla e sappiamo che anche per la meccanica quantistica niente si crea dal nulla.
La risposta giusta spesso è quella più semplice l’elettrone non appare da solo: sarà generato insieme ad una particella identica ma di segno opposto: l’antielettrone.
La somma complessiva quindi delle due cariche è pari a zero. Nessuna legge viene violata. La carica totale era zero prima della comparsa dell’elettrone e dell’antielettrone e rimane zero dopo la loro generazione.
Fu questa la brillante intuizione di Paul Dirac.
Questo processo è noto come creazione di coppia particella-antiparticella. Ed esiste anche il processo inverso, quando un elettrone incontra un antielettrone, ad esempio, si annichiliscono. Scompaiono trasformando la loro massa, istantaneamente, in energia, in luce.
Nel 1928 Dirac defini’ l’antielettrone un “buco nel mare” intendendo con questa immagine figurata quello che oggi è chiamato campo quantico elettromagnetico, perchè corrispondeva ad una carica che risultava mancante.
Il suo “buco” l’elettrone fu scoperto sperimentalmente cinque anni dopo, nel 1933 e Dirac si aggiudicò il Nobel per la Fisica.
Fu un fisico americano Carl David Anderson ad individuare per la prima volta l’antielettrone che però volle battezzare come positrone, nome ancora in uso oggi.
Per il suo lavoro volto a dare conferma sperimentale alla teoria di Dirac, anche Anderson vinse il Nobe della fisica nel 1936.
L’antimateria era ufficialmente nata.

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