Il Big Bang avrebbe dovuto creare quantità uguali di materia e antimateria nel primo universo. Ma oggi, tutto ciò che vediamo, dalle più piccole forme di vita sulla Terra ai più grandi oggetti stellari, è fatto quasi interamente di materia. In confronto, non si trova molta antimateria. Qualcosa deve essere successo per rovesciare l’equilibrio. Una delle più grandi sfide della fisica è capire cosa sia successo all’antimateria, o perché vediamo un’asimmetria tra materia e antimateria.
Le particelle di antimateria hanno la stessa massa delle loro controparti di materia, ma qualità come la carica elettrica sono opposte. Il positrone con carica positiva, per esempio, è l’antiparticella dell’elettrone con carica negativa. Le particelle di materia e antimateria sono sempre prodotte in coppia e, se entrano in contatto, si annientano a vicenda, lasciandosi dietro pura energia. Durante le prime frazioni di secondo del Big Bang, l’universo caldo e denso brulicava di coppie di particelle-antiparticelle che entravano e uscivano dall’esistenza. Se la materia e l’antimateria si creano e si distruggono insieme, sembra che l’universo non dovrebbe contenere altro che energia residua.
Tuttavia, una piccola porzione di materia – circa una particella su un miliardo – è riuscita a sopravvivere. Questo è ciò che vediamo oggi. Negli ultimi decenni, gli esperimenti di fisica delle particelle hanno dimostrato che le leggi della natura non si applicano allo stesso modo a materia e antimateria. I fisici sono ansiosi di scoprirne le ragioni. I ricercatori hanno osservato trasformazioni spontanee tra le particelle e le loro antiparticelle, che avvengono milioni di volte al secondo prima del loro decadimento. Qualche entità sconosciuta che interviene in questo processo nell’universo primordiale potrebbe aver fatto sì che queste particelle “oscillanti” decadano come materia più spesso di quanto decadano come antimateria.
Considera una moneta che gira su un tavolo. Può atterrare sulla testa o sulla coda, ma non può essere definita come “testa” o “croce” finché non smette di girare e cade da un lato. Una moneta ha il 50% di possibilità di atterrare sulla testa o sulla coda, quindi se abbastanza monete vengono fatte girare esattamente nello stesso modo, la metà dovrebbe atterrare su testa e l’altra metà su croce. Allo stesso modo, metà delle particelle oscillanti nell’universo primordiale dovrebbero essere decadute come materia e l’altra metà come antimateria.
Tuttavia, se un tipo speciale di biglia rotolasse su un tavolo di monete rotanti e facesse atterrare sulla testa ogni moneta che colpisce, l’intero sistema ne sarebbe sconvolto. Ci sarebbero più teste che code. Allo stesso modo, qualche meccanismo sconosciuto potrebbe aver interferito con le particelle oscillanti per causare il decadimento di una leggera maggioranza di esse come materia. I fisici potrebbero trovare indizi su quale potrebbe essere questo processo studiando le sottili differenze nel comportamento delle particelle di materia e antimateria create nelle collisioni di protoni ad alta energia al Large Hadron Collider. Lo studio di questo squilibrio potrebbe aiutare gli scienziati a dipingere un quadro più chiaro del perché il nostro universo è pieno di materia.