Qual è la differenza tra materia oscura e antimateria?

Cos’è la materia oscura e cos’è l’antimateria? Sono la stessa cosa o sono diverse? – Namrata, 13 anni, Ghaziabad, India

Immaginate un videogioco epico con il vostro eroe preferito come personaggio. Un altro personaggio è un suo sosia speculare che compare di tanto in tanto, facendo esplodere tutto ciò che tocca. E, per aggiungere un ulteriore livello di difficoltà, il gioco include un misterioso alveare di scagnozzi nascosti in ogni angolo, che cambiano le regole del gioco senza mai mostrarsi.

Se consideriamo questi personaggi come tipi di materia, questo videogioco rappresenta fondamentalmente il funzionamento del nostro universo.

L’eroe è la materia ordinaria , ovvero tutto ciò che possiamo vedere intorno a noi. L’antimateria è la sua controparte esplosiva, un’immagine speculare che gli scienziati conoscono bene ma che faticano a trovare. E la materia oscura è il suo scagnozzo invisibile. È ovunque, ma non possiamo vederla e gli scienziati non hanno idea di cosa sia.

Nonostante abbiano nomi simili, la materia oscura e l’antimateria sono completamente diverse. Curiosamente, fisici come me sanno esattamente cos’è l’antimateria , ma non ce n’è quasi nessuna in giro. D’altra parte, non abbiamo idea di cosa sia la materia oscura, ma ce n’è in abbondanza ovunque.

Antimateria: il gemello speculare

Tutta la materia ordinaria che ci circonda è composta da elementi costitutivi di base chiamati atomi. Gli atomi sono costituiti da particelle cariche positivamente chiamate protoni, circondate da minuscoli elettroni carichi negativamente .

Si può pensare all’antimateria come alla gemella con carica opposta della materia ordinaria.

Tutte le particelle, come i protoni e gli elettroni, hanno delle controparti di antimateria. Gli elettroni hanno i positroni , che sono antielettroni, mentre i protoni hanno gli antiprotoni . Gli antiprotoni e i positroni costituiscono gli atomi di antimateria, o antiatomi . Sono come immagini speculari, ma con le cariche elettriche invertite. Quando materia e antimateria si incontrano, si distruggono a vicenda in un lampo di luce ed energia e svaniscono .

Fortunatamente, l’antimateria è molto rara nel nostro universo. Tuttavia, alcuni atomi di materia ordinaria, come il potassio, possono decadere producendo antimateria. Ad esempio, quando mangiate una banana, o qualsiasi altro alimento ricco di potassio, ingerite piccolissime quantità di questi atomi che producono antimateria . La quantità è troppo esigua per avere effetti sulla vostra salute.

L’antimateria è stata scoperta quasi 100 anni fa. Oggi, gli scienziati sono in grado di crearla, conservarla e studiarla in laboratorio. Ne conoscono molto bene le proprietà. I ​​medici la utilizzano persino per le scansioni PET . Iniettano nel corpo del paziente piccole quantità di atomi che producono antimateria e, mentre questi atomi si spostano al suo interno, la scansione cattura le immagini dei lampi di luce derivanti dall’annichilazione dell’antimateria e della materia ordinaria presenti nel corpo. Questo processo permette ai medici di visualizzare ciò che accade all’interno dell’organismo.

Gli scienziati hanno anche scoperto che, alla nascita dell’universo, c’erano quantità quasi uguali di materia e antimateria . Si sono incontrate e annientate a vicenda. Fortunatamente, una piccolissima quantità di materia ordinaria è sopravvissuta, dando origine a stelle, pianeti e, in definitiva, a tutti noi.

Materia oscura: i servitori invisibili

La materia oscura è molto più misteriosa. Avete mai girato velocemente su una giostra? Se sì, sapete quanto sia difficile rimanere in equilibrio senza essere sbalzati via, soprattutto se siete gli unici sulla giostra.

Ora immagina che ci siano un gruppo di servitori invisibili sulla giostra insieme a te. Non puoi vederli e non puoi toccarli, ma ti tengono fermo e ti impediscono di volare via mentre gira a velocità folle. Sai che ci sono perché la giostra è più pesante di quanto sembri ed è più difficile da spingere e farla girare. I servitori invisibili non giocano né parlano con nessuno; se ne stanno lì, aggiungendo il loro peso a tutto.

Circa 50 anni fa, l’astronoma Vera Rubin scoprì un mistero simile nelle galassie a spirale . Osservando le galassie in rotazione, simili a giostre cosmiche, notò qualcosa di strano : le stelle più esterne di queste galassie ruotavano molto più velocemente del previsto. Avrebbero dovuto disperdersi nello spazio come scintille di un fuoco d’artificio. Ma non lo fecero.

Era come guardare dei bambini su una giostra che si muovevano a una velocità incredibile ma in qualche modo rimanevano perfettamente fermi.

L’unica spiegazione? Deve esistere un mare di “materia” invisibile che tiene tutto insieme con la sua forza di gravità aggiuntiva . Gli scienziati hanno chiamato questo misterioso materiale ” materia oscura “.

Da allora, gli astronomi hanno osservato comportamenti strani simili verificarsi in tutto l’universo. Le galassie all’interno di grandi ammassi si muovono in modi inaspettati. La luce viene deviata attorno alle galassie più di quanto dovrebbe. Le galassie si aggregano molto più di quanto la sola materia visibile possa spiegare.

È come se nel nostro parco giochi cosmico ci fossero altalene che si muovono da sole e altalene a bilico che oscillano senza che nessuno ci sia seduto sopra.

La materia oscura è solo un nome provvisorio finché gli scienziati non scopriranno di cosa si tratta. Negli ultimi 50 anni, molti scienziati hanno condotto esperimenti nel tentativo di rilevare la materia oscura o di produrla in laboratorio. Ma finora, non hanno ottenuto alcun risultato .

Non sappiamo cosa sia la materia oscura, ma è ovunque. Potrebbe trattarsi di particelle insolite che gli scienziati non hanno ancora scoperto. Potrebbe essere qualcosa di completamente inaspettato. Ma gli astronomi possono dedurre, osservando la velocità di rotazione delle galassie, che la quantità di materia oscura è circa cinque volte superiore a quella di tutta la materia ordinaria presente nell’intero universo.

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