Il positronio (simbolo Ps) è lo stato legato elettrone e– – positrone e+, cioè è una coppia di particelle costituita da un antielettrone (o positrone) e un elettrone, legate da una forza elettromagnetica. Esso ha una massa duemila volte più piccola dell’idrogeno ed è molto instabile tant’è che ha una durata di vita di 142 · 10-9 s (nanosecondi). Il positronio si forma per cattura dei positroni emessi nel decadimento radioattivo ß+, cioè nella trasformazione di un protone p in un neutrone n, in un positrone e+ e in un neutrino ν:
p = n + e+ + ν,
da cui si ottengono poi molecole biatomiche di dis-positronio Ps2, che hanno maggiore stabilità. Il positronio è riportato nel Compendio IUPAC (Unione Internazionale di Chimica Pura e Applicata) di terminologia chimica, 3a ed., 2006. La scoperta della sua esistenza venne fatta nel 1933 dal fisico statunitense Carl Anderson (1905 – 1991), che gli valse il premio Nobel per la fisica 1936, con cui venne confermata la precedente teoria del fisico britannico Paul Dirac (1902 – 1984), premio Nobel per la fisica 1933 e cofondatore della meccanica quantistica. Qualche anno prima, infatti – era il 1926 -, Dirac, in seguito ai suoi studi quantomeccanici, trovò un’equazione le cui soluzioni associavano a due elettroni energia positiva e ad altri due elettroni energia negativa (?!). Ciò creò diversi problemi non di poco conto, ma Dirac, pensando al famoso principio di Pauli secondo cui due elettroni non possono avere nel medesimo istante lo stesso stato quantico, fu indotto a ipotizzare un modello, detto poi in suo onore mare di Dirac, secondo il quale il vuoto fosse pieno di elettroni ad energia negativa. Vuoto che Dirac paragonò ad un enorme atomo inerte, come quello di un elemento nobile, avente tutti gli stati energetici negativi occupati. Fu costretto anche, per non contraddire la meccanica quantistica e la relatività ristretta (cioè quella che studia le relazioni tra spazio e tempo), ad ammettere l’esistenza dell’antimateria costituita da antiparticelle, fino ad allora sconosciuta. Un colpo di genio. Nel caso dell’elettrone, particella della materia, l’antiparticella gemella corrispondente nell’antimateria è appunto il positrone. E questa sua immaginifica ma realistica intuizione fu confermata dalla citata scoperta del fisico Anderson.
Ebbene, le ricerche nell’ambito dell’antimateria sono proseguite presso il CERN di Ginevra che ha avviato il progetto internazionale AEgIS (Antimatter Experiment: gravity, Interferometry, Spectroscopy)* coordinato da Ruggero Caravita, ricercatore all’INFN, dove, come pubblicato il 22 febbraio, sulla rivista Physical Review Letter come Editor’s Highlight, per la prima volta, una nuvola di positronio, è stata raffreddata grazie a un particolare sistema di laser, portando la temperatura degli atomi di positronio da 380 K a 170 Kelvin (cioè da 107 °C a –103°C) con una diminuzione della loro velocità, da 54 a 37 km/s, al fine di aumentarne la durata della vita per ottenere più atomi per la ricerca. È un risultato importante che potrebbe condurre a notevoli progressi in molti ambiti tecnologici, tra cui misure di spettroscopia di alta precisione e applicazioni medicali sofisticate.
*Della collaborazione scientifica AEgIS fanno parte gruppi di ricerca dell’Università di Trento, del Centro Nazionale dell’INFN TIFPA di Trento, della Sezione dell’INFN e dell’Università Statale di Milano, del Politecnico di Milano, e della Sezione INFN di Pavia e dell’Università di Brescia.
Francesco Giuliano
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