Antimateria

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Premessa

Ancora oggi, in un giorno alle porte del 2006, ci sono persone che definiscono l'antimateria come fantascienza.
Non è assolutamente vero, l'antimateria esiste, è esistita da sempre, ma solo nel 1930
qualcuno ipotizzò la sua reale esistenza.
Carl Dirac Anderson, Premio Nobel in Fisica nel 1936:

Fu proprio il fisico americano Anderson, che nel 1932 osservò nei raggi cosmici una particella che si comportava come un elettrone, ma che aveva carica positiva.
Carl aveva scoperto la prima antiparticella, l'anti-elettrone, chiamato anche positrone.

Per scoprire invece l'anti-protone, fu necessario attendere l'avvento degli acceleratori di particelle, che accelerano protoni o elettroni fino a raggiungere energie elevate. Verso la metà del 20° secolo l'acceleratore di Berkeley, (in California), raggiunse energie sufficienti per produrre antiprotoni e anti-neutroni, che vennero osservati tramite sofisticati apparati.
Negli anni seguenti gli acceleratori del CERN di Ginevra e di Brookhaven negli USA permisero di produrre ed osservare l'anti-deutone (sarebbe l'opposto del deuterio), poi acceleratori ancora più potenti permisero di produrre ed osservare, a Serpukhov (in Russia) e al CERN di Ginevra, gli anti-nuclei di anti-elio 3 e anti-trizio.
Oggi invece, nel 21° secolo, siamo arrivati all'osservare veri e propri atomi di anti-H prodotti dal CERN, decelerando anti-protoni e anti-elettroni tenendoli nel vuoto tramite campi magnetici. L'anti-idrogeno è più difficile da trattare,in quanto è elettricamente neutro.

ma il modo di sfruttarla in campo scientifico?

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Scritto da: never169 16/03/2006 22.59
ma il modo di sfruttarla in campo scientifico?

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tu corri troppo... :fcane:

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L' antimateria è la materia composta dalle antiparticelle corrispondenti alle particelle che costituiscono la materia ordinaria.
Ad esempio, un atomo di anti-idrogeno, è composto da un anti-protone caricato negativamente, attorno al quale orbita un positrone (anti-elettrone) caricato positivamente.
Se una coppia particella/antiparticella viene a contatto, le due si annichiliscono emettendo radiazione elettromagnetica.
Il simbolo usato per indicare un antiparticella è lo stesso usato per la particella corrispondente, ma con una barra di sopra-scrittura. Ad esempio, il protone e indicato con una "p", e l'anti-protone è indicato da una "p" con una barretta posta in cima (-).
Gli scienziati sono riusciti, nel 1995 , a produrre anti-atomi di idrogeno, ed anche nuclei di anti-deuterio, ma niente di più complesso. Inoltre, l'antimateria ha vita breve e non può essere immagazzinata, in quanto si annichilisce al primo contatto con la materia.

In base alle conoscenze, non esistono quantità significative di antimateria in tutto l'universo, con l'eccezione di pochi atomi generati nei laboratori di fisica delle particelle presenti sul nostro pianeta, e nei processi astronomici più energetici. L'assenza di antimateria è uno dei grandi misteri della teoria del Big Bang , in quanto ci si aspetterebbe una produzione di materia e antimateria in proporzioni uguali (e una conseguente annichilazione). Probabilmente, un leggero squilibrio in favore della materia ha fatto sì che quest'ultima non venisse completamente annichilita, rendendo possibile la formazione di un universo stabile, che è quello in cui viviamo.
Con l'antimateria, tutta l'energia potenziale racchiusa nella materia potrebbe essere sfruttata, invece della piccola parte di energia chimica o nucleare che viene estratta oggi. La reazione di 1 Kg di antimateria, con 1 kg di materia produce 1,8×1017 di energia (in base all'equazione E=mc2).
Per contro, bruciare 1 kg di petrolio fornisce 4,2×107 J, mentre dalla fusione nucleare con meno di 1 kg di idrogeno si ottengono 2,6×1015 J.
A livello teorico, dato che l'energia prodotta dall'annichilamento materia/antimateria è nettamente superiore alle altre fonti di propulsione, il rapporto tra peso del carburante e spinta prodotta è estremamente vantaggioso. In effetti, l'energia contenuta in pochi grammi di antimateria è sufficiente a portare una piccola navicella spaziale sulla Luna.
Dall'annichilazione fra Protoni ed anti-Protoni, si ottengono: Neutrini , Muoni e Pioni, che sono i mattoni che tengono uniti gli atomi, che infine decadono ulteriormente in radiazioni Gamma. I primi, cioè i Neutrini, non sono influenzati dai campi magnetici appunto perché sono neutri, sono quindi inutilizzabili per i nostri scopi. I Muoni ed i Pioni invece avendo una carica sono influenzati dai campi magnetici, possono quindi essere indirizzati con un opportuno campo magnetico nella direzione in cui desideriamo e con il solito principio di azione-reazione spostarci nello spazio.

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Gli utilizzi dell'antimateria potrebbero essere vari, a partire dalla costruzioni di potenti armi, all'utilizzo come propellente per astronavi o anche in campo medico.
Oggi l'antimateria è usata ogni giorno in medicina per analizzare lo stato del cervello, tramite la tecnica chiamata Positron Emission Tomography (PET). La PET è un metodo di indagine che permette di misurare funzioni metaboliche e reazioni biochimiche in vivo ed ha larga applicazione nelle neuro-scienze, in oncologia e cardiologia.
Nella PET i positroni provengono dal decadimento di nuclei radioattivi che vengono incorporati in un fluido speciale, iniettato poi per via endovenosa al paziente. I positroni emessi annichilano con gli elettroni degli atomi vicini e danno luogo a due raggi gamma emessi in direzioni opposte. Essi vengono rivelati tramite opportuni rivelatori, disposti in "anelli" attorno al paziente, per individuare e registrare i punti in cui si sono verificate le annichilazioni e quindi ricostruire dove si è distribuito il radiofarmaco nel corpo.
Motori ad antimateria

Il principio del motore ad antimateria della NASA è sostanzialmente quello di un razzo che funziona sulla base dell'azione e reazione di Newton. La reazione che spinge la nave è però qualcosa di veramente possente. Facciamo un piccolo confronto: il motore principale dello Space Shuttle produce un impulso specifico (la misura dell'efficienza di un razzo) di 455 secondi; un motore a fissione nucleare può raggiungere i 10.000 secondi; un motore a fusione potrebbe fornire un impulso specifico compreso tra 60.000 e 100.000 secondi. Ebbene, un motore a razzi alimentato dall'annichilazione di materia e antimateria potrebbe produrre un impulso specifico anche di
1000 000 di secondi.

Prima di tutto bisogna però procurarsi il propellente. Una volta prodotti, gli antiprotoni vengono introdotti in una bottiglia magnetica, una trappola di Penning, dove vi restano confinati pronti per l'uso. Ma come è possibile sapere che nella bottiglia-trappola vi sono particelle di antimateria? In fondo l'antimateria è inodore e incolore. La risposta è semplice, perché le particelle di antimateria emettono caratteristiche onde radio le cui frequenze ne rappresentano la firma inimitabile, firma che Gerald Smith, dell'Università di Stato della Pennsylvania è riuscito a identificare inequivocabilmente. Smith ha anche dimostrato che la trappola di Penning potrebbe trattenere antimateria per più di 5 giorni. Una volta perfezionata, questa bottiglia peserà circa 100 kg, la maggior parte dei quali costituiti da: idrogeno ed elio liquidi in grado di trattenere circa
1000 000 000 000 di antiprotoni quasi fermi in una zona di un millimetro di diametro.

Il fine ultimo dei lavori di Smith è quello di raggiungere una raccolta di un 1µg di antiprotoni intrappolati, quanto ne basta per alimentare un motore a propulsione ad antimateria. Un trilione di antiprotoni non basta però per un lungo viaggio verso le stelle: si potrà fare molto di più quando sarà possibile intrappolare, anziché antiprotoni, interi atomi di antiidrogeno, cioè atomi formati da antiprotoni e antielettroni, cioè positroni. Ed è proprio quello che stanno facendo oggi, a Ginevra i fisici europei.

Il problema è che l'antimateria è il prodotto più caro che attualmente esista sulla Terra: un grammo di antimateria costa circa 30 MILIARDI di Euro.

L'introduzione di un nuovo iniettore appositamente studiato nel grande acceleratore del Fermilab di Chicago potrebbe poi aumentare di 10 volte la produzione di antimateria portandola dagli attuali 1,5 nanogrammi a 15 nanogrammi all'anno. Ma quanto potrà essere aumentata questa quantità e quanto potrà essere abbassato il prezzo quando comincerà a funzionare la fabbrica di anti-atomi del CERN di Ginevra?


Armi ad antimateria
Fonte: www.treknology.it/default.asp

Hai mai guardato Star Trek?
Credo sia difficile.... chi può dire di non averne mai visto almeno un episodio?
Tutti coloro che l'hanno visto forse la parola “siluri fotonici” ricorderà qualcosa; e bene questo genere di arma, di qui l'astronave Enterprise 1701-D era dotata, non è del tutto fantascienza.
Per spiegarvi in poche parole, i siluri fotonici hanno una carica esplosiva composta da 1,5 Kg di materia e 1,5 Kg di antimateria. La materia e l'antimateria sono divise in piccole cellette mantenute da appositi campi magnetici di contenimento.
Al momento dell'impatto con il bersaglio o qualsiasi superficie rigida o campo di forza sufficientemente potente, il siluro disattiva questo campo di contenimento provocando l'annichilazione rapida di quasi l'80% della testata e provocando un'esplosione di circa 25.000 MegaJoules.

Nel caso dei siluri fotonici il modulo porta una carica di materia/antimateria, che provvede sia alla propulsione che alla detonazione.
All’interno dell’involucro si trovano essenzialmente 3 nuclei principali: il nucleo propulsivo, il nucleo detonante ed il nucleo esplosivo.

La testata bellica consiste in una carica di 1.5 chilogrammi di materia/antimateria ( solitamente H e anti-H ) suddivisa in più pacchetti, l’utilizzo dei pacchetti consente di aumentare il potere esplosivo del siluro di oltre 3 volte rispetto all’utilizzo di una ugual quantità di antimateria in un unico blocco. Prima del lancio i reagenti sono stipati in diverse aree di contenimento. Approssimativamente un secondo dopo un lancio positivo, la testata viene armata ed i reagenti si avvicinano restando separati solamente da un campo di contenimento, al momento della detonazione rimosso il campo di contenimento ed i due componenti entrano immediatamente in contatto.
Il massimo raggio operativo di una testata standard è di 3.5 milioni di chilometri, ulteriormente espandibili sottraendo antimateria alla carica ed utilizzandola, nelle camere di accoppiamento del siluro, come carburante.

Speriamo che queste armi non vengano mai costruite, soprattutto speriamo che non ce ne sia bisogno.

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Dopo le letture precedenti credo che i motivi siano chiari:
-Elevate difficoltà di produzione;
-Conseguente costo elevato;
-Instabilità atomica.

Il sistema stellare a noi più vicino è Alpha Centauri, un sistema ternario che dista da noi 4,25 Anni Luce.
Secondo un dato teorico, un viaggio su Alpha Centauri necessita un quantitativo di antimateria pari ad una cifra in tonnellate, per cui 3000 centrali nucleari dovrebbero lavorare per 1000 000 anni circa.
L'impresa ci risulta oggi impossibile con l'attuale tecnologia di cui disponiamo.
Ma gli scienziati sono ottimisti, grazie alla tecnologia di fissione nucleare attuabile intorno al 2040, la NASA avrebbe infatti già disegnato un progetto praticamente attuabile per il 2050, un'astronave in grado di viaggiare a 85 000 km/s sfruttando un propulsore ad antimateria ideato da Robert Forward (morto nel 2002).
Il problema principale non è solo legato alla reperibilità di così tanta antimateria, ma del costo dell'antimateria stessa, che si aggira intorno ai 30 MILIARDI di Euro al grammo.
(Vedi mensile Newton di Febbraio 2003)

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Nel giro di questi ultimi 10 anni la tecnologia ha fatto passi da gigante in ogni settore, basta che ci guardiamo intorno e ci sembra quasi di vivere in un altro pianeta. Prendiamo in esempio un comune oggetto come un cellulare, un computer, oppure anche un'autovettura, oggi le macchine possiedono talmente tanti optional elettronici che per saperli gestire bisognerebbe quasi aprire una scuola che ce lo insegni...
Un giorno la parola tele-trasporto e sintetizzatore molecolare diverranno di comune utilizzo nel nostro vocabolario, quelli saranno i giorni cui non troveremmo più piacere nel vedere un film di Star Trek.
Possiamo confidare solo nei nostri governi, affinché possano mettere da parte le loro divergenze e collaborare per migliorare prima noi stessi, e poi tentare di portare i nostri piedi su altri mondi, con la collaborazione e non con il denaro e la corruzione.
Vedere da vicino Alpha Centauri non è fantascienza più grande di quest'ultima.

Si però un piccolo errore con un piccolo quantitativo di antimateria e per esempio il CERN, e tutta Ginevra, spariscono in un batter d'occhio.

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Scritto da: texdionis 17/03/2006 0.00


tu corri troppo... :fcane:

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Si,va a velocità warp!

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Scritto da: stregar 07/06/2006 8.14
Si però un piccolo errore con un piccolo quantitativo di antimateria e per esempio il CERN, e tutta Ginevra, spariscono in un batter d'occhio.

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Questa è un'ipotesi tutta da dimostrare, del resto anche durante lo sviluppo della bomba atomica c'era chi aveva ipotizzato che la reazione a catena una volta innescata si sarebbe propagata all'infinito coinvolgendo tutto il globo terrestre.

[Modificato da orckrist 11/06/2006 17.13]

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Scritto da: orckrist 11/06/2006 17.12


Questa è un'ipotesi tutta da dimostrare, del resto anche durante lo sviluppo della bomba atomica c'era chi aveva ipotizzato che la reazione a catena una volta innescata si sarebbe propagata all'infinito coinvolgendo tutto il globo terrestre.

[Modificato da orckrist 11/06/2006 17.13]

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Questo perchè la loro conoscenza dell'atomo era ancora limitata,anzi semrba quasi che gli scienziati di Los Alamos si comportassero come se fosse una tecnologia altrui...

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Scritto da: --MUTTLEY-- 14/06/2006 20.57


Questo perchè la loro conoscenza dell'atomo era ancora limitata,anzi semrba quasi che gli scienziati di Los Alamos si comportassero come se fosse una tecnologia altrui...

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In effetti c'è la storia del sommergibile tedesco U-235
che proverebbe il contributo tedesco alla bomba americana.
Comunque il dato di fatto è che Americani e Tedeschi stavano procedendo lungo due strade opposte per arrivare alla costruzione della bomba: gli americani avevano messo a punto il "come costruire la bomba" ma non avevano idea di come procurarsi i materiali adatti, i tedeschi invece avevano messo a punto la produzione di tutto il necessario per la bomba ma non sapevano come assemblarla.

Se ti interessa sapere com'era l'atmosfera a Los Alamos ti consiglio di leggere ciò che racconta in prposito Richard P. Feynman nel libro "Sta scherzando Mr. Feynman".

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Scritto da: orckrist 16/06/2006 11.03


In effetti c'è la storia del sommergibile tedesco U-235
che proverebbe il contributo tedesco alla bomba americana.
Comunque il dato di fatto è che Americani e Tedeschi stavano procedendo lungo due strade opposte per arrivare alla costruzione della bomba: gli americani avevano messo a punto il "come costruire la bomba" ma non avevano idea di come procurarsi i materiali adatti, i tedeschi invece avevano messo a punto la produzione di tutto il necessario per la bomba ma non sapevano come assemblarla.

Se ti interessa sapere com'era l'atmosfera a Los Alamos ti consiglio di leggere ciò che racconta in prposito Richard P. Feynman nel libro "Sta scherzando Mr. Feynman".

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Si,conoscevo la storia,ma io mi riferivo al fatto che fosse una tecnologia...come dire...non terrestre...c'è chi ipotizza che avessero messo mano a tecnologie aliene più o meno come col transistor e le valvole,cioè si afferma che ci sia stato un salto in avanti teconologico non in linea con i parametri precendenti.

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Scritto da: --MUTTLEY-- 16/06/2006 23.50


Si,conoscevo la storia,ma io mi riferivo al fatto che fosse una tecnologia...come dire...non terrestre...c'è chi ipotizza che avessero messo mano a tecnologie aliene più o meno come col transistor e le valvole,cioè si afferma che ci sia stato un salto in avanti teconologico non in linea con i parametri precendenti.

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Sì, avevo sentito di questa tesi, ma a mio avviso non ha fondamento in quanto se si considera la scienza dal novecento in poi si vede chiaramente come nelle teorie ci fossero tutti i presupposti per la creazione di questa nuova tecnologia, si trattava solo di risolvere problemi di ordine pratico.
Considera, inoltre, che a differenza di quanto si pensa comunemente il progresso della scienza non è un percorso lineare ma piuttosto a balzi in cui ogni balzo viene preparato da scoperte fondamentali, come ad es: la genetica che senza gli studi di Mendel (del tutto ignorati all'epoca) non sarebbe nemmeno nata.

Lanciato nello spazio 'Pamela'
giovedì 15 giugno 2006

E' stato lanciato dal Kazakhstan lo strumento scientifico italiano Pamela integrato a bordo del satellite Resurs-DK1. Il satellite studiera' l'antimateria e la materia oscura. 'Pamela' (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) è un complesso di strumenti studiato per la ricerca di materia oscura e antimateria, è il frutto di una collaborazione internazionale nella quale l'Italia ha avuto un ruolo di primo piano, con il coordinamento dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e la partecipazione dell'Agenzia Spaziale Italiana .

Il Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics è uno strumento che pesa quasi 500 chili, ha le dimensioni di un parallelepipedo alto 1,3 metri con 75x75 centimetri di base, ed è composto essenzialmente da un grande magnete corredato da un notevole numero di rivelatori che permettono di riconoscere le particelle, tracciarne la traiettoria e misurarne l'energia.

Dallo spazio, Pamela misurerà flusso ed energia dei raggi cosmici con una precisione senza precedenti e soprattutto per un lungo periodo, senza i disturbi dell'atmosfera, con la quale i raggi cosmici interagiscono. Finora dati di questo tipo sono stati raccolti da strumenti posti su palloni stratosferici, e una volta anche sullo Space Shuttle, ma sempre per breve tempo.

Il satellite sarà posizionato su un'orbita ellittica quasi polare, tra 300 e 600 chilometri di altezza. Da qui Pamela studierà per tre anni i raggi cosmici, ossia le particelle ricchissime di energia che bombardano la Terra dallo spazio, trasportando informazioni non solo sulla sorgente cosmica dalla quale provengono, ma sulla composizione, l'origine e l'evoluzione della materia che costituisce l'universo.


La posizione di Pamela sul satellite

I protagonisti italiani sono un gruppo di fisici napoletani dell’Istituto nazionale di fisica nucleare dell’università Federico II di Napoli con uno dei più interessanti esperimenti scientifici mai tentato dall’uomo: scoprire se esiste l’antimateria, ossia frammenti di materia primordiale e catturare quelle che erano già presenti quando si è formato l’universo, cercando di intercettarne qualcuna di antimateria.
In tal caso, spiegano gli esperti, potrebbero esistere Anti Mondi, Anti Universi etc, insomma si dovrebbe riscrivere la storia, oltre che la scienza.
Il sistema realizzato si chiama ToF (che in italiano vuol dire tempo di volo) ovvero spettrometro di massa a tempo di volo (TOF-MS -- Time of Flight Mass Spectrometry) .

Al programma di ricerca non ha partecipato solo l’Italia con le università di Napoli, di Bari, di Roma, di Trieste e di Firenze ma anche la Russia, la Germania, la Svezia e gli USA.
Pamela, di cui Tof è il vero e proprio “cuore”, analizzerà un intervallo di energia mai osservato, e nei tre anni di attività, è previsto che misurerà il flusso di particelle piccolissime (fanno tutte parte dell’atomo) quali positroni, protoni, nuclei leggeri, antiprotoni e antinuclei.

Fonte: Associazione Astrofili Galileo Galilei

[Modificato da orckrist 16/08/2006 10.16]

Finalmente l'Italia torna a dare il suo apporto scientifico alla comunità internazionale,allora non sono totalmente vere le cassandre che puntavano sulla continua fuga di cervelli all'estero,meno male...

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Scritto da: texdionis 16/08/2006 18.10
Finalmente l'Italia torna a dare il suo apporto scientifico alla comunità internazionale,allora non sono totalmente vere le cassandre che puntavano sulla continua fuga di cervelli all'estero,meno male...

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E' vero
ma guardando la questione da un'altro punto di vista è l'ennesima dimostrazione che le potenzialità della creatività italiana sono ai massimi livelli ma non vengono sfruttate quasi per nulla e questo fa rabbia.

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Scritto da: texdionis 16/03/2006 20.50
cosenascoste.com

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Premessa

Ancora oggi, in un giorno alle porte del 2006, ci sono persone che definiscono l'antimateria come fantascienza.
Non è assolutamente vero, l'antimateria esiste, è esistita da sempre, ma solo nel 1930
qualcuno ipotizzò la sua reale esistenza.
Carl Dirac Anderson, Premio Nobel in Fisica nel 1936:

Fu proprio il fisico americano Anderson, che nel 1932 osservò nei raggi cosmici una particella che si comportava come un elettrone, ma che aveva carica positiva.
Carl aveva scoperto la prima antiparticella, l'anti-elettrone, chiamato anche positrone.

Per scoprire invece l'anti-protone, fu necessario attendere l'avvento degli acceleratori di particelle, che accelerano protoni o elettroni fino a raggiungere energie elevate. Verso la metà del 20° secolo l'acceleratore di Berkeley, (in California), raggiunse energie sufficienti per produrre antiprotoni e anti-neutroni, che vennero osservati tramite sofisticati apparati.
Negli anni seguenti gli acceleratori del CERN di Ginevra e di Brookhaven negli USA permisero di produrre ed osservare l'anti-deutone (sarebbe l'opposto del deuterio), poi acceleratori ancora più potenti permisero di produrre ed osservare, a Serpukhov (in Russia) e al CERN di Ginevra, gli anti-nuclei di anti-elio 3 e anti-trizio.
Oggi invece, nel 21° secolo, siamo arrivati all'osservare veri e propri atomi di anti-H prodotti dal CERN, decelerando anti-protoni e anti-elettroni tenendoli nel vuoto tramite campi magnetici. L'anti-idrogeno è più difficile da trattare,in quanto è elettricamente neutro.

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un esempio "concreto" di antimateria dovrebbe essere stato prodotto a Brookhaven nel 1965, bombardando un bersaglio di berillio con protoni ad alta energia

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Scritto da: never169 16/03/2006 22.59
ma il modo di sfruttarla in campo scientifico?

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So che tempo fa qualcuno ipotizzò l'utilizzo della reazione materia antimateria per creare un motore spaziale in grado di accellerare un'astronave a velocità finora impensabili. Finora però credo che la nostra possibilità di controllare l'energia di annichilimento di una simile reazione sia pari a zero.