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L’Interferometria di Antimateria tra i Top-10 Breakthrough Experiments

QUPLAS experimental setup

L’annuncio di Physics World di inserire l’esperimento di Interferometria con Antimateria tra i Top-10 Breakthrough Experiments del 2019 premia il lavoro del gruppo QUPLAS, culminato nella sua recente pubblicazione su Science Advances.

QUPLAS (Quantum interferometry and gravitation with Positrons and LASers) è una collaborazione tra il Politecnico di Milano, la sezione di Milano dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), l’Università degli Studi di Milano e l’Albert Einstein Centre (AEC) and Laboratory for High Energy Physics (LHEP) dell’Università di Berna.

Questo esperimento è la versione con antimateria dell’esperimento di interferenza da una doppia fenditura con singole particelle proposto da Einstein nel 1927 e considerato da Feynman l’essenza del “mistero” della Fisica Quantistica. L’esperimento venne eseguito per la prima volta con elettroni dal gruppo di Bologna di Merli, Missiroli e Pozzi nel 1976, e giudicato “il più bello della fisica” dalla stessa rivista. I ricercatori di QUPLAS lo hanno ora realizzato con una particella di antimateria: il positrone (anti-elettrone).

L’antimateria, prevista in seguito alla sintesi di Relatività Speciale e Meccanica Quantistica conseguente l’equazione di Dirac è stata osservata per la prima volta nel 1932 e costituisce una parte minoritaria dell’Universo osservabile. Questa sua assenza è uno dei misteri più importanti e dei problemi irrisolti della Fisica Moderna.

In QUPLAS è stato impiegato il fascio di positroni del laboratorio L-NESS del Politecnico di Milano (campus di Como), avente una energia compresa tra 8 e 18 keV. L’interferometro utilizzato per l’esperienza ha funzionato in regime Talbot-Lau, producendo una figura di interferenza sul rivelatore ad alta risoluzione ad emulsioni nucleari, come illustrato nella figura. Il comportamento dell’interferenza in funzione dell’energia equivale allo studio della visibilità del fenomeno al variare della lunghezza d’onda secondo la relazione di de Broglie. Questa variazione ha chiaramente mostrato la natura quantistica del fenomeno come illustrato nella figura. Inoltre, il flusso di positroni nell’apparato era tale da garantire, istante per istante, la presenza di una sola antiparticella nell’interferometro; in questo modo è stato possibile dimostrare per la prima volta l’interferenza di una singola anti-particella.

Spokesman dell’esperimento QUPLAS è Marco Giammarchi, dell’Infn di Milano, titolare del corso di Fisica delle Particelle presso l’Università degli Studi di Milano.

Nella figura: schema dell’apparato di QUPLAS. Il fascio di positroni e+ viene dapprima collimato per preparare l’interferenza sui reticoli al nitruro di silicio (SiN) aventi passo micrometrico. La figura di interferenza si forma sul rivelatore a emulsioni posto a valle dei reticoli. Un contatore al Germanio (HpGe) viene usato per calibrare l’intensità del fascio.

04 dicembre 2019
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