Antiprotone
| Antiprotone | |
|---|---|
 La struttura a quark di un antiprotone |
|
| Classificazione: | Antibarione |
| Composizione: | 2 antiquark up, 1 antiquark down |
| Famiglia: | Fermione |
| Gruppo: | Adrone |
| Interazione: | Forte, Debole, Elettromagnetica, Gravità |
| Particella: | Protone |
| Simbolo: |  |
| Massa: | 938 MeV/c2 |
| Carica elettrica: | |
| Spin: | ½ |
L'antiprotone (simbolo , pronunciato p-bar) è l'antiparticella del protone, con massa e spin uguali e carica elettrica opposta.
Gli antiprotoni sono intrinsecamente stabili, ma in natura hanno vita breve, perché ogni collisione con un protone causa l'annichilazione di entrambe le particelle con un rilascio di energia (l'annichilazione protone-antiprotone produce pioni).
Indice |
[modifica] Storia e scoperta
L'esistenza dell'antiprotone fu illustrata da Paul Dirac durante il suo discorso alla consegna del Premio Nobel per la fisica nel 1933,[1] ricevuto per i suoi precedenti studi che avevano dimostrato la validità di soluzioni con segni + e - dell'equazione di Einstein 
, prevedendo quindi l'esistenza dell'antimateria.
La predizione di Dirac fu confermata sperimentalmente nel 1955 da Emilio Segrè e Owen Chamberlain, che lavoravano all'Università di California a Berkeley. Tale scoperta valse a entrambi un Premio Nobel per la fisica nel 1959.
[modifica] Composizione
Un antiprotone è costituito da due antiquark up e da un antiquark down.
Tutte le proprietà finora misurate corrispondono a quelle del protone, tranne ovviamente la carica e il momento magnetico che hanno segno opposto.
Nel giugno 2006, nel corso dell'esperimento ASACUSA del CERN, è stato possibile misurare con precisione la massa dell'antiprotone che è risultata essere 1836,153674 volte quella dell'elettrone, cioè lo stesso valore di quella del protone.[2]
[modifica] Esistenza in natura
Gli antiprotoni sono stati rilevati nei raggi cosmici da oltre 25 anni, dapprima da esperimenti con palloni sonda e più recentemente da rilevatori su satelliti. Si ritiene che la loro presenza nei raggi cosmici derivi da collisioni tra protoni e nuclei del mezzo interstellare, attraverso la reazione
- Protone + A → Protone + Antiprotone + Protone + A
dove A rappresenta un nucleo interstellare.
L'antiprotone secondario si propaga poi attraverso la galassia confinato dal campo magnetico galattico.
Lo spettro energetico degli antiprotoni dei raggi cosmici è oggi misurabile con accuratezza ed è in accordo con i calcoli teorici basati sulla produzione da parte dei raggi cosmici.[3] Questo pone anche un limite superiore sul numero di antiprotoni che possono formarsi per vie esotiche, come l'annichilazione di particelle galattiche di materia oscura supersimmetrica o per l'evaporazione di un buco nero primordiale.
Questo pone anche un limite inferiore al periodo di semivita dell'antiprotone compreso tra 1-10 milioni di anni. Poiché il tempo di permanenza dell'antiprotone nell'ambiente galattico è attorno ai 10 milioni di anni, un tempo intrinseco di decadimento modificherebbe il periodo di residenza e distorcerebbe lo spettro degli antiprotoni nei raggi cosmici. Questo aspetto è significativamente più importante delle migliori misurazioni di laboratorio del tempo di semivita:
- LEAR al CERN: 0,08 anni
- anti-idrogeno nella trappola di Penning: 0,28 anni [4]
- APEX al Fermilab: 50.000 anni per la reazione
→ μ− + X e 300.000 anni nel caso di → e− + γ
La simmetria CPT prevede che le proprietà dell'antiprotone siano esattamente correlate a quelle del protone. In particolare la massa e il tempo di semivita devono essere gli stessi di quelli del protone, mentre la carica elettrica e il momento magnetico devono risultare uguali in valore assoluto e opposti in segno. La simmetria CPT è una conseguenza fondamentale della teoria quantistica dei campi e finora non sono mai state scoperte sue violazioni.
[modifica] Esistenza in laboratorio
Gli antiprotoni vengono oggi prodotti frequentemente nel Fermilab con il Tevatron per esperimenti di collisione tra nuclidi e fatti poi annichilare con i protoni, perché l'impiego di antiprotoni permette di ottenere urti ad energie più elevate tra quark e antiquark, rispetto a quanto avverrebbe in collisioni protone-protone.
La loro formazione richiede un'energia equivalente a una temperatura di 10 milioni di K. Al CERN e in altri acceleratori di particelle, i protoni vengono accelerati nel sincrotrone di protoni, fino a un'energia di 26 GeV, e quindi sparati su una barra di iridio. I protoni vengono diffusi dai nuclei di iridio con energia sufficiente a creare della materia. Si formano una serie di particelle e antiparticelle, e gli antiprotoni vengono separati applicando un forte campo magnetico sotto vuoto all'uscita dei prodotti dell'urto.
[modifica] Note
- ^ Discorso di Dirac alla consegna del Nobel 1933
- ^ Hori M et al. (2006). Determination of the antiproton-to-electron mass ratio by precision laser spectroscopy of pHe+. Phys Rev Lett 96 (24): 243401. DOI:10.1103/PhysRevLett.96.243401. PMID 16907239.
- ^ Kennedy, Dallas C. (2000). Cosmic Ray Antiprotons. Proc. SPIE 2806: 113. DOI:10.1117/12.253971.
- ^ Caso, C., et al. (1998). Particle Data Group. European Physical Journal C 3: 613. DOI:10.1007/s10052-998-0104-x.
[modifica] Voci correlate
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