Dirac e le anti particelle

Le teorie dei quanti e della relatività, apparse quasi contemporaneamente all’inizio del Novecento, rimasero per quasi trent’anni indipendenti e non potevano essere semplicemente sommate per la stretta connessione che tempo e spazio dovevano avere. Un grosso passo avanti fu compiuto dall’inglese Dirac, il quale suggerì che se non si potevano usare le derivate seconde rispetto al tempo, si potevano usare le derivate prime rispetto a x,y,z: nasceva così l’equazione lineare di Dirac in cui l’elettrone compariva come una carica puntiforme; l’energia complessiva risultava E@mc2+mn2/2 che per la meccanica relativistica risultava E@-mc2-mn2/2. La meccanica relativistica permetterebbe dunque un livello di energia più alto e uno più basso di 0; gli elettroni salterebbero allora dai livelli positivi a quelli negativi ma vi è il Principio di Pauli che lo impedisce.

Consideriamo ora tre livelli di energia K,L,M; se l’atomo è colpito da un raggio x, K perde un elettrone e vi sarà lo spostamento di un altro elettrone da L a K e da M a L. Ciò corrisponde all’ascesa di una carica e di una massa positiva: il fisico americano Andersson, studiando i raggi cosmici in un campo magnetico, scoprì proprio gli elettroni carichi positivamente o positroni.

In laboratorio essi possono essere prodotti colpendo piastre metalliche con raggi g: l’elettrone negativo diventa “materia”; quello positivo viene neutralizzato dallo scontro con uno negativo emettendo due quanti di raggi g.

Nel 1955, la Commissione per l’energia atomica scoprì, grazie a potenti acceleratori di particelle, gli antiprotoni: il problema non ancora risolto oggi è se le antiparticelle abbiano massa positiva o negativa.