Antiprotone
Che cosa è l'antiprotone?
L'antiprotone è l'antiparticella (coniugata di carica) del protone.
L'equazione di P. A. M. Dirac della teoria quantistica relativistica, riferita all'elettrone, ammette soluzioni che descrivono una particella di massa identica a quella dell'elettrone, ma di carica opposta; tale particella è il positone, noto anche come antielettrone.
La spontanea generalizzazione delle equazioni relativistiche ai fermioni di spin ½ conduce a prevedere l'esistenza di una particella di massa identica a quella del protone, ma di carica elettrica opposta; tale particella è l'antiprotone, l'esistenza della quale fu dimostrata sperimentalmente nel 1956 da E. G. Segré e da O. Chamberlain (ai quali, proprio per tale scoperta, fu assegnato il premio Nobel per la fisica nel 1959).
Il momento magnetico dell'antiprotone è identico a quello del protone in valore assoluto, ma di segno opposto, come è indicato nella figura seguente:
Il protone (a sinistra) e l'antiprotone (a destra). Il protone, a sinistra, può essere considerato come una sfera carica positivamente che ruota su se stessa, dotata di due poli magnetici, nord e sud, dovuti al suo momento magnetico. L'antiprotone, a destra, ha la stessa massa del protone, mentre la sua carica e il suo momento magnetico sono uguali in valore assoluto ma hanno segno opposto a quello del protone.
Come illustrato nella figura seguente, l'antiprotone è composto da due antiquark up (anti-up) e da un antiquark down (anti-down):
Composizione dell'antineutrone. L'antiquark down è rappresentato in viola mentre i due antiquark up sono rappresentati rispettivamente in celeste e in giallo.
Insieme all'antineutrone e all'antielettrone, l'antiprotone costituisce l'antimateria.
La materia è costituita da protoni, neutroni ed elettroni. L'antimateria è invece costituita da antiprotoni, antineutroni e antielettroni.
Come si formano gli antiprotoni?
L'antiprotone può venire creato solo in coppia con un protone e si annichila sia con un protone sia con un neutrone, dando luogo, soprattutto, a mesoni π (pioni).
La creazione e l'annichilazione sottostanno alla legge che il numero totale dei nucleoni (gli antinucleoni sono da conteggiare col segno meno) deve essere costante e che la carica elettrica deve essere conservata. I pioni possono entrare nel bilancio e possono venire creati, o annichilarsi anche singolarmente.
Nel complesso della trasformazione l'energia e la quantità di moto devono venire conservate.
Annichilazione protone-antiprotone
Gli antiprotoni si annichilano con protoni e l'energia disponibile si manifesta in parte sotto forma di fotoni, in parte come creazione di un certo numero di mesoni π, sia carichi elettricamente sia neutri; vengono prodotti inoltre anche mesoni K e altre particelle, ma in numero assai piccolo rispetto a quello dei mesoni π.
Il numero totale dei mesoni prodotti nel processo di annichilazione protone-antiprotone è detto "fattore di molteplicità" dell'annichilazione; la molteplicità media dell'annichilazione protone-antiprotone è circa 5.
Il processo di annichilazione è anche in questo caso regolato dai principi di conservazione dell'energia e della quantità di moto e, inoltre, della carica elettrica totale e del numero totale di nucleoni meno il numero degli antinucleoni.
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