Una perfetta palla da biliardo

All’Imperial College di Londra è stato concluso un accuratissimo studio che aveva come scopo finale quello di misurare la forma dell’elettrone. Essa è risultata quasi perfettamente sferica. Questo fatto dona informazioni importanti per le teorie sull’antimateria.

L’esperimento è durato più di dieci anni, ma alla fine ha concluso che l’elettrone ha una forma quasi perfettamente sferica. La differenza rispetto a una sfera perfetta è più piccola di 10-27 cm. Se fosse ingrandito fino alle dimensione di un pianeta, differirebbe da una sfera non più dello spessore di un capello umano.

Molecola di Fluoruro d’Itterbio

I ricercatori dell’Imperial College hanno usato molecole di Fluoruro d’Itterbio (YbF3). Manovrando con un laser precisissimo sono stati in grado di determinare il movimento degli elettroni all’interno della molecola. Se essi non fossero stati perfettamente sferici, come detto precedentemente, il loro moto, al pari di quello di una trottola non bilanciata, avrebbe mostrato un’ondulazione che avrebbe distorto la forma generale della molecola.

Questo è comunque solo il primo passo della loro ricerca. Ora vogliono andare ancora più nei dettagli. I risultati di questo lavoro veramente estremo ha risvolti importantissimi per l’antimateria. Sappiamo che esiste e che è uguale alla materia normale a parte il fatto che le sue particelle hanno carica elettrica opposta. Per esempio, l’antielettrone (chiamato positrone) ha carica positiva. Il conoscere la forma esatta dell’elettrone potrebbe permettere di capire se esiste una differenza segreta, non ancora compresa, tra materia e antimateria.

Sappiamo che al momento del Big Bang si dovrebbe essere formata tanta materia quanto antimateria. Tuttavia, dopo che l’antimateria è stata riconosciuta come tale nel 1928 da Dirac, la sua presenza nel Cosmo si è limitata a insignificanti quantità in sorgenti come i raggi cosmici e in certi elementi radioattivi.

Molte teorie cercano di spiegare questa enorme asimmetria tra material e antimateria, attraverso modelli teorici. All’Imperial College, si è voluto invece fare misurazioni dirette su possibili differenze “reali” tra le caratteristiche della materia e dell’antimateria. Se, ad esempio, l’elettrone non fosse risultato così perfettamente sferico, si sarebbe potuto imputare a ragioni di forma le differenze quantitative tra elettroni e positroni e avere uno spunto per spiegare la quasi completa sparizione dell’antimateria.

L’antimateria si sta studiano nel LHC del CERN, dove i fisici cercano di simulare le condizioni che vi erano al momento del Big Bang. La scoperta della forma dell’elettrone darà input fondamentali per le teorie legate a quegli esperimenti.

Il prossimo passo dei ricercatori di Londra sarà di migliorare ancora la misura della forma degli elettroni. Per far ciò vogliono raffreddare le molecole a temperature bassissime, in modo da controllare ancora meglio le loro variazioni e quelle dei rispettivi elettroni. La stessa tecnologia potrebbe essere applicata per controllare le reazioni chimiche di sistemi troppo complessi da poter essere simulate al computer.

Gli amanti della meccanica quantistica non si spaventino per questa visione puramente geometrica. Ci penserà il nostro Red a mettere le cose a posto e a far capire le reali differenze che esistono con la fisica particellare. In fondo è solo una diversa interpretazione dei fatti…

Il lavoro originale su Nature può essere letto qui. Non chiedetemi particolari perché ammetto di non essere in grado di spiegare i procedimenti in maggior dettaglio…

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25 Commenti

  1. Caro Enzo oltre al brutto colpo alla teoria delle stringhe che, se non erro ne ha già ricevuti altri,c’è da dire che qui bisogna ripartire quasi da zero.
    Dove è finita l’antimateria ? Altra domanda che continua ad aggiuncersi alle altre: Esiste la famosa materia oscura? Se si, dove è? Come è fatta ? E l’energia oscura? Ne vedremo delle belle! Sarò ottimista, secondo me siamo vicini ad una svolta epocale.

  2. Sappiamo che esiste la materia oscura? Sappiamo che è avvenuto il Big Bang? Da quando?

  3. caro Mario,
    in realtà non è un colpo all’antimateria, ma a certe caratteristiche che avrebbero potuto evidenziarla. L’antimateria esiste senz’altro ed è stata anche osservata. Il problema è quanto ce ne sia e perchè ne è rimasta così poca…
    caro Marco,
    in parte sì, ma la problematica è ancora tutta da capire. Non si è, in fondo, nemmeno capita bene la fisica quantistica e nemmeno il modo di legarla con quella “normale”. Io ho fiducia negli esperimenti del CERN, vedremo…
    caro Saverio,
    sempre polemico…eh!? 😉

  4. Ma perchè dovrebbe essere in contrasto con la teoria delle stringhe? Sono teorie completamente diverse che vedono il mondo in modo del tutto differente…mi sembra difficile fare dei paragoni con la sfericità dell’elettrone no?

    Comunque sia c’era da aspettarselo dai! Non riuscirei proprio ad immaginarmi un elettrone non sferico…sarebbe alquanto insolito!

  5. Caro Lampo,
    non sarei così ottimista! Il mondo da vedere è sempre lo stesso… o va bene un modo , ova bene l’altro, o va bene un mix :mrgreen:
    Comunque se verrà confermato mi pare proprio un bel mal di pancia per la teoria dei quanti e per il principio di indeterminazione.
    Bentornato Enzo

  6. @gaetano

    appunto, stai dicendo la stessa cosa pure tu. Il mondo da vedere è sempre lo stesso, ma a volte per spiegare alcuni fenomeni ci si serve di una teoria e volte di un’altra e a volte ancora di un mix…eppure il mondo è sempre lo stesso!

    Premetto che della teoria delle stringhe non so molto, ma mi sembra azzardato dire che la sfericità dell’elettrone sia un brutto colpo per la toeria delle stringhe che di elettroni non parla. Sono teorie talmente diverse che mi sembra difficile poter fare dei paragoni partendo da delle ipotesi che non sono nemmeno comuni ad entrambe le teorie…

  7. @gaetano: Caro Gaetano, non c’è alcuna contraddizione tra la teoria dei quanti ed il fatto che l’elettrone sia perfettamente sferico.
    In effetti, ad ogni oggetto può essere associata una relativa onda….
    Perfino a TE!!! E non credo sia impossibile misurarti o stabilire che forma hai. 😆
    L’elettrone (e ogni corpo) è SIA un’onda SIA una particella, contemporaneamente.
    Se rileggi bene il link che hai postato, capirai che è così.

    E se io riuscissi a trovare il tempo 😥 per stendere quel benedetto scritto, forse riuscirei a spiegartelo meglio…

    Quanto al confronto con la teoria delle stringhe, anche qui non ci trovo nessuna contraddizione. Sono d’accordo con Lampo: descrivono in maniera diversa le stesse cose.
    E la teoria delle stringe è ancora in fase di evoluzione: è ancora presto per dire che è una cantonata…

  8. @Red,
    ribadisco anche a te che non ho mai avuto l’intenzione di parlare di stringhe, anche perchè mi pare di ricordare che ci sono alcune decine di ordini di grandezza di differenza. Per il resto non sono convinto :mrgreen: , datemi il tempo di raccogliere le idee e poi cercherò di esporre i miei dubbi.
    Grazie comunque e buona domenica

  9. appunto gaetano. Come ti ripeto sono teorie differenti che descrivono in maniera differente aspetti dello stesso mondo. Finchè non troveremo questa famosa “teoria del tutto”, una teoria verrà sempre utilizzata per spiegare alcuni fenomeni e ‘altra per spiegarne altri.

    La diffrazione del fascio di elettroni attraverso una fenditura ci fa comodo spiegarla considerando l’elettrone come un’onda, semplicemente perchè funziona! Non si sa poi se l’elettrone sia davvero un’onda o una particella, in questo caso, siccome le cose da scoprire sono ancora infinite, ci va bene trattarlo così.

    Però continuo a ritenere che la sfericità dell’elettrone non contraddica in alcun modo la teoria dei quanti, semplicemente perchè sono due trattazioni che partono da presupposti differenti.

    Comunque aspetto anch’io maggiori delucidazioni da Enzo o da Red…

  10. per qualche strana ragione il mio ultimo commento non è passato ed è entrato in moderazione… 😕

  11. @Lampo,
    ci conviene aspettare Enzo, altrimenti rischia di diventare un dialogo fra sordi :mrgreen: Le spiegazioni, a fronte di nuove scoperte, a mio avviso, si devono armonizzare, magari aggiustando un pò il tiro, non possono palesemente contraddirsi. La forma sferica potrebbe avere una logica per un elettrone isolato (ipotesi di equilibrio di tutte le forze che aggiscono sull’elettrone) ma all’interno dell’atomo si è parlaro di onde stazionarieper spiegare il perchè vengano usate alcune orbite soltanto…Ciao

  12. scusate ragazzi…
    ho avuto problemi di linea…
    Ha detto comunque bene Red. Non c’è alcuna contraddizione tra elettrone sferico o come onda. Il dualismo è stato ampiamente giustificato dalla teoria dei quanti. Sono entrambi validi e trattaabili… Aspettiamol’articolo di Red con un po’ di pazienza… 😉

  13. Caro Enzo, mi spiace non poter far prima, ma come sai ogni mio momento libero è dedicato ad altro. 😥
    Spero di combinare qualcosa entro la fine del mese… 🙂

  14. Ho visto che siete bellamente passati sulla mia provocazione: ho sempre considerato quella del big bang una teoria piuttosto stupida, ma mi son sempre detto: chi sei tu per permetterti di considerarla tale? Fino a quanto non ho trovato questo sito: http://cosmologystatement.org, che consiglio di andare a leggere, in quanto vi si dice, fra le altre cose, che intere carriere accademiche e finanziamenti pubblici sono state costruite su questa ipotesi non lasciando spazio a chi la pensi diversamente… Caro Zappalà, questo mi ricorda qualcosa, nevvero?

  15. caro Saverio,
    come tu ben sai le teorie sono teorie fin quando non si trovano dati inoppugnabili che le confermino. Il Big Bang resta una teoria, ma -per il momento- la migliore ideata e la più vicina a molti dati osservativi. Può anche darsi che sia sbagliata, ma non ve ne sono di migliori. Sparare contro senza proporre qualcosa di altrettanto valido non è metoddo scientifico. Tutto qui… Il sito che citi è senza nome e questo già mi piace poco. Ne ho visti tanti di “oppositori” per partito preso, ma senza prove danno un piccolo se non nullo contributo alla vera Scienza. Ben vengano le provocazioni, ma moilto meglio se affiancate da ipotesi valide… 😉

  16. Basterebbe scorrere l’elenco dei firmatari per capire che non si tratta di nomi di poco conto: Bondi, Gold, per citare solo i più noti. C’è anche la firma di un astronomo dell’Osservatorio di Padova, P. Marziani. L’appello è stato inoltre pubblicato su una rivista prestigiosa. Non credo che sia tutto fasullo, per quanto di internet non ci si possa fidare appieno.
    Premesso che oggi ancor più di ieri ritengo quella del big bang una teoria che si autoalimenta, come magistralmente scrivono gli autori della lettera, nel senso che si costruiscono ipotesi su ipotesi per dare un senso ad osservazioni che non coincidono con la teoria, bloccando ipotesi alternative (e fonti di finanziamento…) ma che comunque mi ritengo un perfetto ignorante della materia, vorrei solo sottolineare che così come si è sostenuto che l’IPCC adatta i dati per farli combaciare con le proprie ipotesi, così anche in un campo apparentemente più obiettivo c’è qualcuno (e che qualcuno!) che sostiene esattamente la stessa cosa per il fondamento stesso dell’astronomia moderna!
    La scienza non è neutrale, ma si cala sempre in una “visione del mondo” che cambia con il tempo, le condizioni politiche, economiche, sociali ecc. Ecco, mi permetto di dire che l’idea stessa di uno scienziato che tratta in maniera perfettamente razionale i dati in suo possesso è totalmente priva di fondamento e decisamente fanciullesca.

  17. caro Saverio,
    c’è un’enorme differenza tra l’IPCC e la teoria del Big Bang. Il primo dà conclusioni fasulle per scopi puramente finanziari e politici. La seconda non porta nè soldi nè potere… La teoria del complotto non sta molto in piedi…

  18. Eh, no! Questo non lo ammetto e non lo consento! Si possono contestare conclusioni e singoli comportamenti, ma non affermare che tutti i componenti dell’IPCC manipolino i dati solo per motivi economici e politici! Queste sono accuse gratuite che bisogna dimostrare!
    Ma quello che più di tutto mi interessa è un ragionamento di tipo epistemologico; in un interessante intervento di Francesco Sylos Labini sul Il Fatto (http://www.ilfattoquotidiano.it/2011/06/23/nella-ricerca-la-valutazione-e-potere/123103/) si descrive, con riferimento all’economia, quanto conti il far parte del mainstream della ricerca: se non ne fai parte, non sei citato nelle riviste che contano, non ottieni finanziamenti, se presenti un progetto di ricerca te lo bocciano perchè non vieni dalle “scuole” giuste.
    Mutatis mutandis, ciò accade anche con le scienze naturali: cos’altro è quella lettera appello se non la denuncia della condizione per cui se non fai parte del mainstream non hai la possibilità di fare ricerca ed ottenere i finanziamenti necessari a condurne su linee interpretative differenti?
    Bisogna avere l’onestà intellettuale di ammetterlo e, francamente, non credo che giovi accusare di “complottismo”, che viene fuori ogni qual volta si fanno domande scomode.

  19. @enzo
    ma dell’energia oscura cosa si sà? quando è stata scoperta l’esistenza di tale energia? e come mai si è dovuto arrivare alla conclusione della sua esistenza?
    grazie in anticipo…

  20. @kaluza,
    ne abbiamo parlato spesso. Materia ed energia oscura sono -per ora- solo ipotesi che potrebbero spiegare sia la gravità troppo elevata esistente negli ammassi di galassie, sia il fatto che l’Universo sembra espandersi con velocità crescente. Non vi sono prove dirette, ma solo indirette attraverso gli effetti che sembrano procurare. Vi sono anche spiegazioni alternative (legge di gravità non più valida per grandi distanze e cose del genere), ma -al momento- la loro esistenza acquista sempre maggior vigore…