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Persone

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sakharov

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Un antiprotone (simbolo p, pronunciato p-bar) è l’antiparticella del protone. Un antiprotone è relativamente stabile, ma è tipicamente di breve durata perché qualsiasi collisione con un protone causa l’annichilazione di entrambe le particelle in un’esplosione di energia. Fu scoperto nel 1955 dai fisici dell’Università della California, Berkeley, Emilio Segrè e Owen Chamberlain, per i quali ricevettero il premio Nobel per la fisica nel 1959. Al CERN di Ginevra, Svizzera, e al Fermilab di Batavia, Illinois, gli antiprotoni sono abitualmente prodotti e usati per la ricerca scientifica.

Antiprotone

La struttura quark del protone.

Classificazione:

Baryon

Proprietà

Teoricamente, un antiprotone consiste di due quark anti-up e un quark anti-down, simbolizzati come uud.

Le proprietà dell’antiprotone sono previste dalla simmetria CPT per essere esattamente correlate a quelle del protone. In particolare, la simmetria CPT prevede che la massa e la vita dell’antiprotone siano uguali a quelle del protone, e che la carica elettrica e il momento magnetico dell’antiprotone siano di segno opposto e di grandezza uguale a quelli del protone.

A metà giugno 2006, gli scienziati del CERN (l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, o, in francese, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) sono riusciti a determinare la massa dell’antiprotone, che hanno misurato a 1.836,153674(5) volte più massiccia di un elettrone. Questo è esattamente lo stesso della massa di un protone “regolare”, come previsto. La formazione dell’antimateria è legata alle domande su ciò che è successo al tempo del Big Bang, e sul perché una così piccola quantità di antimateria rimane oggi nel nostro sistema solare.

Produzione artificiale

La formazione di antiprotoni richiede un’energia equivalente ad una temperatura di dieci trilioni di K (1013 K), che non si raggiunge nella maggior parte delle condizioni naturali. Tuttavia, al CERN (l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, o, in francese, Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), i protoni sono accelerati nel Proton Synchrotron (PS) ad un’energia di 26 GeV, e poi colpiti in una barra di iridio. I protoni rimbalzano sui nuclei di iridio con abbastanza energia da creare materia. Si forma una serie di particelle e antiparticelle, e gli antiprotoni vengono separati usando magneti nel vuoto.

Eccursione in natura

Gli antiprotoni sono stati rilevati nei raggi cosmici per oltre 25 anni, prima da esperimenti condotti da palloncini e più recentemente da rivelatori satellitari. L’immagine standard per la loro presenza nei raggi cosmici è che sono prodotti in collisioni di protoni dei raggi cosmici con nuclei nel mezzo interstellare, attraverso la reazione:

p A → p p A

Gli antiprotoni secondari (p) poi si propagano attraverso la galassia, confinati dai campi magnetici galattici. Il loro spettro energetico è modificato da collisioni con altri atomi nel mezzo interstellare, e gli antiprotoni possono anche essere persi “uscendo” dalla galassia.

Lo spettro energetico degli antiprotoni dei raggi cosmici è ora misurato in modo affidabile ed è coerente con questo quadro standard della produzione di antiprotoni dalle collisioni dei raggi cosmici. Questo stabilisce dei limiti superiori sul numero di antiprotoni che potrebbero essere prodotti in modi esotici, come dall’annichilazione di particelle supersimmetriche di materia oscura nella galassia, o dall’evaporazione di buchi neri primordiali. Questo fornisce anche un limite inferiore alla durata di vita dell’antiprotone di circa uno-dieci milioni di anni. Poiché il tempo di conservazione galattica degli antiprotoni è di circa dieci milioni di anni, un tempo di decadimento intrinseco modificherebbe il tempo di residenza galattica e distorcerebbe lo spettro degli antiprotoni dei raggi cosmici. Questo è significativamente più rigoroso delle migliori misure di laboratorio della vita degli antiprotoni:

• Lear collaboration al CERN: 0,8 anni
• Antihydrogen Penning trap di Gabrielse et al: 0,28 anni
• APEX collaboration al Fermilab: 50.000 anni per p → μ- + X e 300.000 anni per p → e- + γ

Rilevamento sperimentale nei raggi cosmici

Recenti esperimenti per il rilevamento di antiprotoni nei raggi cosmici includono i seguenti:

• BESS: esperimento su pallone, volato nel 1993, 1995 e 1997.
• CAPRICE: esperimento su pallone aerostatico, volato nel 1994.
• HEAT: esperimento su pallone aerostatico, volato nel 2000.
• AMS: esperimento spaziale, prototipo volato sullo space shuttle nel 1998, destinato alla Stazione Spaziale Internazionale ma non ancora lanciato.
• PAMELA: esperimento satellitare per rilevare i raggi cosmici e l’antimateria dallo spazio, lanciato nel giugno 2006.

Usi

Gli antiprotoni sono abitualmente prodotti al Fermilab per operazioni di fisica del collisore nel Tevatron, dove vengono fatti collidere con i protoni. L’uso degli antiprotoni permette un’energia media di collisioni tra quark e antiquark più alta di quella che sarebbe possibile nelle collisioni protone-protone. La base teorica di questo è che i quark di valenza nel protone e gli antiquark di valenza nell’antiprotone tendono a trasportare la frazione maggiore della quantità di moto del protone o dell’antiprotone.

Vedi anche

• Antimateria
• Particella elementare
• Positrone
• Protone

Note

• Forward, Robert L. 2001. Materia a specchio: Pioneering Antimatter Physics. Lincoln, NE: Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimateria: The Ultimate Mirror. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., and S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokyo, Giappone: Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Teoria isoduale dell’antimateria: con applicazioni all’antigravità, alla grande unificazione e alla cosmologia (Teorie fondamentali della fisica). New York, NY: Springer. ISBN 1402045174

Tutti i link recuperati il 6 aprile 2016.

• L’antiprotone pesa in physicsworld.com.
• The Golden Anniversary of the Antiproton Science@BerkeleyLab. (Dà la storia della scoperta dell’antiprotone.)
• Introduzione al deceleratore antiprotone del CERN.

Particelle in fisica

particelle elementari

Fermioni elementari: Quark: u – d – s – c – b – t – Leptoni: e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Bosoni elementari: Bosoni di gauge: γ – g – W± – Z0 – Fantasmi

Particelle composte

Adroni: Barioni(lista)/Iperoni/Nucleoni: p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mesoni(lista)/Quarkonia: π – K – ρ – J/ψ – Υ
Altro: Nucleo atomico – Atomi – Molecole – Positronio

Particelle elementari ipotetiche

Superpartner: Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermione – Slepton – Squark
Altro: Axion – Dilatone – Bosone Goldstone – Gravitone – Bosone di Higgs – Tachione – X – Y – W’ – Z’

Particelle composte ipotetiche

Adroni esotici: Barioni esotici: Pentaquark – Mesoni esotici: Glueball – Tetraquark
Altro: Molecola mesonica

Quasiparticelle

Solitone di Davydov – Eccitone – Magnone – Fonone – Plasmon – Polaritone – Polaron