Un protone di troppo

Da quando Carl Andersen nel 1932, a seguito delle sue costanti ricerche in ascensione stratosferica, scoprì l’esistenza dell’elettrone positivo, confermando la teoria del Dirac, e aggiudicandosi il premio Nobel per la fisica nel 1936 sappiamo che ogni particella ha la sua antiparticella. Sappiamo inoltre che esse annichilendosi l’una con l’altra producono una radiazione cosmica, in altre parole fotoni.
Eppure l’antimateria presente nello spazio è quasi irrilevante, qualcosa ha rotto la simmetria che doveva regnare agli albori dell’Universo. Come si era rotta questa simmetria? Negli anni Sessanta il famoso scienziato dissidente Sacharov propose che se nelle leggi della fisica erano presenti tre condizioni nei primissimi anni di vita dell’universo era possibile che si producesse dinamicamente un’asimmetria tra materia ed antimateria anche se questa asimmetria non era prevista nelle condizioni iniziali. Ci sono molti studi teorici che cercano una soluzione a questo mistero magari invocando la presenza di particelle esotiche responsabili di questa asimmetria. Resta il fatto che in un certo istante, agli albori dell’Universo, il numero di protoni ed antiprotoni non poteva essere più uguale.
Quale doveva essere l’eccesso di protoni sugli antiprotoni per produrre l’eccesso di materia sull’antimateria che osserviamo attualmente? Un indizio utile lo ricaviamo se confrontiamo l’abbondanza di protoni di oggi con l’abbondanza di fotoni.
Se l’Universo avesse avuto inizio con un egual numero di protoni ed anti protoni essi si sarebbero tutti annichilati emanando una radiazione ovvero dei fotoni.

Ogni annichilazione protone-antiprotone avrebbe prodotto in media due fotoni. Se ci fosse stato però un piccolo eccesso di protoni sugli antiprotoni non tutti i protoni si sarebbero annichilati. Confrontando il numero dei protoni rimasti al termine delle annichilazioni con il numero dei fotoni prodotti da quest’ultime (la radiazione cosmica di fondo del Big Bang) possiamo farci un’idea dell’eccesso frazionario di materia sull’antimateria all’inizio dell’Universo.

Nell’Universo attuale c’è circa un protone ogni 10 miliardi di fotoni della radiazione cosmica di fondo ciò starebbe a dimostrare che l’eccesso originario dei protoni sugli anti protoni era di soli 1 a 10 miliardi!

In altre parole nell’Universo iniziale c’erano 10 miliardi più 1 di protoni contro 10 miliardi di antiprotoni e quell’unico protone in più sarebbe responsabile di tutta la materia attualmente presente nel cosmo.