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giovedì 12 ottobre 2023

E' oramai certo, l'antimateria "non cade verso l'alto": ci siamo giocati il motore di Alcubierre!

 

Un recente articolo pubblicato sulla rivista Nature dal team della collaborazione Alpha al CERN ("Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter", Nature, 27 settembre 2023) risolve definitivamente un dubbio che da parecchio tempo infastidiva i fisici.

Sappiamo che il Big Bang ha dato luogo alla formazione della stessa quantità di materia ed antimateria, le quali, quando si incontrano, si trasformano in energia tramite il processo di annichilazione (che tra l'altro presenta il massimo grado di efficienza nella conversione di una massa in energia).

Il fatto stesso che noi esistiamo e siamo composti da materia dimostra che qualcosa nel passato remoto ha fatto si che la materia prevalesse sull'antimateria, impedendo che tutto quanto il contenuto dell'universo ad un certo punto della sua storia si trasformasse in energia.

Una possibile (quanto improbabile) spiegazione proposta vede materia ed antimateria respingersi dal punto di vista della gravità; se tale congettura trovasse conferma, l'antimateria "mancante al nostro inventario "non sarebbe sparita del tutto ma sarebbe stata spinta in una remota regione dello spazio, priva di materia.

L'osservazione diretta di atomi di anti-idrogeno in caduta libera, ottenuta al CERN grazie all'apparato "Alpha-g", ha definitivamente invalidato tale ipotesi: l’antimateria, come previsto dalla relatività generale, è soggetta alla stessa attrazione gravitazionale che interessa la materia ordinaria.


Una conseguenza indiretta di tale risultato è che così viene a mancare il principale (e finora unico) candidato a "carburante" del motore di Alcubierre.

Vediamo di cosa si tratta ed il motivo di tale affermazione.


La Relatività Generale impone un limite massimo di velocità a ciò che si muove nello spaziotempo, rappresentato da "c", la velocità della luce nel vuoto.

Tale limite è imposto a ciò che si muove NELLO spaziotempo, ma non vale per lo spaziotempo stesso.
Sappiamo infatti che nel brevissimo periodo inflazionario (durato 10^-38 secondi) durante il quale il nostro universo ha raddoppiato il proprio volume per ben 260 volte (passando così da dimensioni subatomiche a quelle macroscopiche di un'arancia o al massimo di un pallone, a seconda dei parametri usati nel modello), la velocità di espansione ha superato di diversi ordini quella della luce.
Ma si trattava di un movimento DEL mezzo (lo spaziotempo) non NEL mezzo.

Nel maggio del 1994, Miguel Alcubierre, un fisico trentenne di origine messicana, pubblica su Classical and Quantum Gravity un articolo dal titolo "The Warp Drive: Hyper-fast travel within general relativity" dove è descritto un metodo (teorico) che consentirebbe viaggi a velocità superluminari pur senza violare i principi fisici sanciti dalla Relatività Generale.

La metrica (o propulsione) di Alcubierre si basa su una originale soluzione delle equazioni di Einstein tale da consentire ad un veicolo di muoversi globalmente ad una velocità superiore a quella della luce, pur localmente non superandola.

L'autore dell'articolo immagina di trasportare una regione di spazio piano, contenente il veicolo, all'interno di una "bolla" di spazio curvo.
Una tale bolla - indicata nel paper con il nome di "Hyper-relativistic local-dynamic space" - sarebbe soggetta ad una spinta in avanti causata da due eventi:

- l'espansione locale dello spazio-tempo che le sta dietro;
- la contrazione locale dello spazio-tempo che le sta di fronte.

L'astronave, pur immobile al centro della bolla e dunque dotata di velocità rispetto "al mezzo" pari a zero, potrebbe muoversi a multipli della velocità della luce rispetto a due punti qualsiasi nell'universo, liberando l'umanità dalla gabbia rappresentata dalle distanze interstellari.

Certo bisognerebbe disporre di una tecnologia in grado di modificare la forma dello spaziotempo.

Fantascienza?

Dai calcoli di Alcubierre si ricava che sarebbe possibile modellare lo spaziotempo fornendogli una forma adatta qualora si sia in grado di generare un campo di densità di energia negativa, cosa che equivale alla presenza di una "massa negativa".

Se tuttavia l’antimateria gravita allo stesso modo della materia normale, essa non può essere utilizzata per consentire la propulsione a curvatura, cosa che alcuni fisici avevano invece previsto.

Con i risultati dell'esperimento Alpha-g è crollata la speranza di poter concretizzare il sogno di disporre di una propulsione a curvatura.




https://it.wikipedia.org/wiki/Metrica_di_Alcubierre

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06527-1

https://www.media.inaf.it/2023/09/27/antimateria-gravita-alha-cern/

https://www.nytimes.com/2023/09/27/science/physics-universe-antimatter.html












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