L'ANTIMATERIA, CHE COS'E'?

Un argomento certo affascinante, anche se assai difficile da capire...


                

L'antimateria e la materia ordinaria sono praticamente due cose identiche. Con una piccola differenza. Una "anti-tavoletta" di cioccolato avrà lo stesso gusto, sapore e caratteristiche della tavoletta di cioccolata che ci mangiamo noi, solo che, se rimaniamo senza la nostra tavoletta, non possiamo mangiare quella costituita da anti-cioccolato! Solo un anti-uomo di una anti-terra può gustarsi una anti-tavoletta di cioccolato. Infatti quando materia e antimateria si incontrano danno vita ad un processo che va sotto il nome di annichilazione il cui risultato è la totale trasformazione della massa in energia. Quindi è meglio star lontani dalle tavolette di anticioccolata!! A parte gli scherzi, la questione dell’antimateria e la sua esistenza nell’universo è sempre molto di moda soprattutto da quando è stato spedito in orbita a metà dell’anno scorso un potente strumento (noto con la sigla Ams) il cui scopo è quello di individuare anti-atomi.

Per quanto ne sappiamo ora, a qualsiasi particella corrisponde la sua antiparticella; questo significa che ad un elettrone corrisponde un anti-elettrone, chiamato positrone avente la stessa massa ma carica opposta: è a tutti gli effetti un elettrone con carica positiva. Alla stessa maniera ad un protone corrisponde l’esatta sua antiparticella di carica negativa, detta semplicemente antiprotone.

La scoperta del positrone avvenne alla fine degli anni venti (1928) per merito di un grandissimo fisico teorico: Dirac. Poi Carl Anderson nel ‘32 (che non conosceva i lavori di Dirac) analizzò una traccia lasciata da un raggio cosmico, e si accorse che era una carica positiva della stessa massa dell’elettrone, proprio come ci si attendeva dal lavoro sulle lacune di Dirac!! Da questa scoperta il prestigio di Dirac si è protratto fino ai giorni nostri.

L’Universo, secondo la teoria del Big Bang, ha avuto origine circa 15 miliardi di anni fa da una grande esplosione che produsse uguali quantità di materia ed antimateria. Perché ora è così difficile osservare l’antimateria e dov’è? Oppure che fine ha fatto tutta quella che corrisponde alla materia che ci circonda? Nessuno è un grado di dirlo. E se l’antimateria si è progressivamente ridotta per qualche motivo, fino quasi a scomparire, perché la materia è rimasta? Perché oggi c’è (o noi riusciamo solo a osservare) questa “asimmetria” materia-antimateria? O da qualche parte nell’universo o in un universo “parallelo”, inosservabile per i nostri strumenti, ci sono antigalassie con antistelle?

                             

                              

LA POSIZIONE INCERTA DEGLI ELETTRONI

Dopo il video sulla grandezza dell'atomo, passiamo ad un altro video, molto interessante, sugli elettroni e sulla loro localizzazione intorno al nucleo. E' in inglese, ma si capisce benissimo; inoltre ci sono i sottotitoli.

Buona visione, è molto carino!

                           

QUANTO E' GRANDE UN ATOMO?

                       
                         

https://www.tasc.it/2012/11/19/quanto-e-grande-un-atomo

Massa dell’elettrone = 9.10953 * 10^-31 Kg
Massa del protone = 1.67235 * 10^-27 Kg
Massa del neutrone = 1.67492 * 10^-27 Kg

COME SI DISPONGONO GLI ELETTRONI INTORNO AL NUCLEO

Gli elettroni non sono distribuiti a caso nello spazio intorno al nucleo; In realtà essi non si muovono lungo orbite fisse (come un treno lungo i binari), ma si allontanano e si avvicinano al nucleo, viaggiando a una velocità così elevata (prossima alla velocità della luce, circa 300.000 km al secondo), che è praticamente impossibile stabilire contemporaneamente, in un determinato istante, la loro posizione e la loro velocità (principio di indeterminazione di Heisenberg).
Di ogni elettrone possiamo solamente definire lo spazio tridimensionale intorno al nucleo all’interno del quale abbiamo un’elevata probabilità di trovare l’elettrone stesso. È come se l’elettrone fosse “contenuto” (con alta probabilità) all’interno di una nube (di dimensioni, forma e orientamento spaziale definiti matematicamente), che chiamiamo orbitale.

L’orbitale è quindi la porzione di spazio tridimensionale disposta intorno al nucleo, all’interno della quale abbiamo un’alta probabilità (più del 90%) di trovare l’elettrone.

Il primo stato è quello di raggio più piccolo e può contenere al  massimo due elettroni; il secondo strato è più grande e può contenere al massimo 8 elettroni; il terzo è ancora più grande e può contenere al massimo 18 elettroni, tuttavia negli elementi più semplici ne contiene 8.

Gli atomi più complessi giungono ad avere fino a 7 strati, ma ( ad eccezione del primo strato) l'ultimo ne può contenere al massimo 8. Gli atomi che hanno 8 elettroni nell'ultima orbita sono molto stabili e non tendono a formare legami chimici, come vedremo.

 Puoi trovare la configurazione elettronica di tutti gli elementi in questa tavola periodica  interattiva , molto utile per capire perchè gli atomi siano stati disposti così.

Naturalmente questa è una spiegazione ultra semplificata rispetto alla realtà, tuttavia questo per voi può bastare.

Aggiungo una App, dal sito http://lnx.sinapsi.org/wordpress/2011/09/28/costruisci-latomo/, intuitiva, semplice, molto carina !

Ma forse più bella ancora è questa app dalla Colorado University, dice anche quando un nucleo è instabile!

                                                            

L'ATOMO IN PILLOLE

L'atomo, la particella che come un mattone costituisce tutta la materia, non è un corpicciolo semplice. Esso è a sua volta composto da particelle elementari piccolissime: i protoni, i neutroni e gli elettroni.

I protoni e i neutroni formano insieme quello che possiamo definire il cuore dell'atomo: il nucleo.

Queste due particelle hanno più o meno la stessa massa, cioè sono formate da una quantità di materia quasi uguale. Il protone, però, è diverso dal neutrone perché ha una proprietà, chiamata carica elettrica positiva, che il neutrone non possiede. 

Attorno al nucleo ruotano rapidissimamente gli elettroni, che sono carichi negativamente e la cui massa è di circa 2.000 volte inferiore a quella di un protone, precisamente ne servono 1836 per uguagliare la massa di un protone. I fisici hanno calcolato che un elettrone pesa mediamente 9X10-28 grammi, il che significa che per ottenere un grammo di elettroni dovremmo accumularne novecento miliardi di miliardi di miliardi. 

In un atomo in condizioni normali il numero degli elettroni è sempre uguale a quello dei protoni: a un certo numero di cariche positive corrisponde un ugual numero di cariche negative. L'atomo, dunque, risulta neutro, né positivo né negativo.

Gli elettroni, il cui numero varia da elemento a elemento,  come abbiamo detto, sono in continuo movimento e ruotano attorno al nucleo come i pianeti intorno al sole, con la sola differenza che le orbite sono meno precise. Le ridottissime dimensioni e l'altissima velocità, tipiche degli elettroni, fanno si che l'orbita tracciata da questa piccola particella appaia all'occhio umano come una specie di onda luminosa, in cui è impossibile individuare la posizione dell'elettrone.

 Il numero di protoni ( e quindi degli elettroni ) nel nucleo è detto numero atomico e si abbrevia con la lettera maiuscola Z; Con il numero di massa si indica la somma del numero dei neutroni  e dei protoni.

Pur essendo tutti formati dalle stesse particelle, gli atomi non sono tutti uguali tra loro: alcuni sono più piccoli, altri più grandi e questo dipende dal numero di protoni del suo nucleo. 

Immagine dell'orbita di un elettrone in un atomo di idrogeno H

L'atomo che possiede 7 protoni è quello dell'azoto, una sostanza presente nell'aria; l'atomo con numero atomico 8, cioè con 8 protoni, è l'ossigeno.

Ecco qui  il nome di altri atomi: carbonio, rame, ferro, oro, argento, sodio, cloro...

Ogni elemento chimico, per brevità, è indicato con un simbolo, che deriva dal nome dell'atomo. Ogni simbolo è formato dalla prima o dalle prime due lettere del nome dell'atomo, per non creare confusione tra atomi i cui nomi hanno la stessa iniziale

Per esempio il simbolo del carbonio è C (si legge ci), quello del calcio è Ca (si legge ci-a) e quello del cloro è Cl (si legge ci-elle). Ci sono poi alcuni elementi il cui simbolo è molto diverso da quello del loro nome.

Così il simbolo dell'oro è Au, perché è ricavato dal termine latino aurum; quello del rame è Cu, perché gli antichi romani chiamavano il rame cuprum. 

Il nucleo è circa 100 000 volte più piccolo dell'intero atomo, esso perciò è estremamente denso, tra i diametri del nucleo e dell’atomo c’e un rapporto pari a quello fra la capocchia di uno spillo e la cupola della basilica di San Pietro a Roma. Poiché tutto sulla terra è fatto di atomi, ciò vuol dire che il nostro corpo e la sedia su cui siamo seduti, sono composti da una quantità di spazio vuoto un milione di milioni di volte maggiore dello spazio occupato dalla materia.

La tavola periodica degli elementi è lo schema col quale vengono ordinati gli atomi sulla base del loro numero atomico.  Ideata dal chimico russo Mendeleev nel 1869, inizialmente contava numerosi spazi vuoti, previsti per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, taluni nella seconda metà del 1900. 

A questo punto verrebbe naturale domandarsi: che cosa tiene uniti i protoni, che sono di carica positiva? I protoni sono legati fra loro da una forza cento volte più forte di quella elettrica; questa forza misteriosa prende il nome di interazione forte. I neutroni hanno la funzione di stabilizzare il nucleo, ma quando i protoni sono molti, l'atomo diventa instabile ed emette radiazioni o particelle ( elettoni, protoni, raggi gamma)

CHE COS'E' L'AURORA BOREALE

L'aurora boreale è un fenomeno fisico provocato dall'urto di particelle elementari, per lo più elettroni, contro gli atomi che si trovano negli strati più esterni dell'atmosfera terrestre. A causa degli urti gli atomi si eccitano ed emettono luce di diverso colore. Le aurore hanno una grande varietà di caratteristiche e compaiono nelle regioni polari sia nell'emisfero boreale sia in quello australe, per cui è più corretto chiamarle aurore polari.

Per secoli ritenute segni divini

Drappeggi colorati che si agitano come sospinti dal vento, macchie lattiginose, archi di luce e raggiere pulsanti, lingue di fuoco: le aurore boreali sono fenomeni luminosi molto frequenti nelle zone polari, dove si manifestano con una grande varietà di forme e di colori. Per questo motivo nell'antichità furono considerate prodigi di natura divina.

Uno dei primi a tentare una spiegazione scientifica del fenomeno è stato nel 4° secolo a.C. il filosofo greco Aristotele. Nella sua opera Meteorologia attribuì le aurore boreali ai vapori che da terra salivano verso il cielo. Ma la corretta spiegazione è arrivata solo a partire dai primi del Novecento, quando è stata chiarita la struttura dell'atomo e gli astronomi hanno capito meglio la natura del Sole e le sue complesse interazioni con la Terra.

Poiché fin dall'antichità il fenomeno è stato segnalato e descritto dai popoli dell'emisfero nord o boreale, per molto tempo si è pensato che fosse esclusivo di questa parte del mondo ed è stato ribattezzato aurora boreale. Oggi sappiamo invece che si verifica anche nell'emisfero australe ed è quindi più opportuno usare il termine generico di aurore polari.

Apparenze diverse, ma una sola causa

All'origine dei tanti volti delle aurore polari c'è lo stesso fenomeno fisico: l'urto di sciami di particelle elementari di origine solare con gli strati più alti dell'atmosfera terrestre.

Il nostro Sole è una stella, come tante altre nell'Universo, e al suo interno si verificano processi di fusione nucleare. Le reazioni nucleari sono accompagnate dalla liberazione di energia che, dagli strati più esterni del onde elettromagnetiche (luce e altre radiazioni invisibili) e di particelle elementari, per lo più elettroni e protoni. Il flusso delle particelle proiettate nello spazio aumenta o diminuisce in funzione di fenomeni turbolenti come le eruzioni e le macchie solari.

Sole, si diffonde nello spazio circostante sotto forma di

Viaggiando alla velocità di centinaia di chilometri al secondo, le particelle arrivano in prossimità della Terra e fluiscono attorno al campo magnetico che avvolge il nostro pianeta. Alcuni sciami di particelle si insinuano in corrispondenza dei Poli, dove il campo magnetico è più debole e, ad altezze variabili fra 300 e 100 km, urtano contro gli atomi della rarefatta atmosfera. In seguito agli urti alcuni atomi si caricano di energia e diventano luminescenti: per esempio l'azoto emette luci bluastre, l'ossigeno verdastre.

Così hanno origine le aurore polari, che sono più frequenti e intense quando l'attività solare è ai livelli massimi e quindi i flussi di particelle aumentano. In media, gli abitanti delle zone a 60°÷70° di latitudine possono assistere a un centinaio di aurore polari ogni anno. Eccezionalmente, in occasione delle più intense tempeste solari, il fenomeno è visibile anche alle latitudini più basse.

dalla stazione ISS

Anche in una lampada al neon

Da un punto di vista fisico il fenomeno delle aurore polari è del tutto analogo a quello che avviene all'interno delle comuni lampade al neon, dove scariche di elettroni eccitano gli atomi del gas rarefatto e lo rendono luminescente. A differenza di una lampada a filamento che brilla per incandescenza, raggiungendo temperature di migliaia di gradi, quella al neon viene anche chiamata luce fredda perché la luminescenza si verifica a basse temperature.

da: http://www.treccani.it/enciclopedia/aurora-boreale_(Enciclopedia-dei-ragazzi)/