Abbiamo visto che le armi nucleari possono trasformare la massa in energia. Ma è possibile assistere al fenomeno contrario, cioè ad un vero e proprio caso di « materializzazione » dell'energia, o questa rimane una mera speculazione della Fisica Matematica? È possibile: eccone un esempio eloquente. Se un elettrone e un positrone (elettrone positivo) si scontrano, possono dare vita ad una risonanza, cioè ad un improvviso aumento di probabilità di rivelazione di nuove particelle. Normalmente, i costituenti base della materia si studiano proprio così: facendo scontrare, ad altissima velocità, particelle a noi note e studiando quello che salta fuori. Usando un efficace paragone ideato dal fisico Piero Bianucci, é come studiare il funzionamento delle automobili facendole scontrare, acceleratore a tavoletta, e poi esaminando i loro rottami...
É stato un esperimento di questo tipo a condurre alla scoperta, avvenuta negli USA nel novembre 1974, di una nuova particella, detta PSI (ψ), con una massa di 3095 MeV, corrispondente al picco di risonanza di questo diagramma:
Il positrone ha la stessa massa dell'elettrone, quindi la particella Psi pesa circa 3000 volte di più delle particelle che collidendo l'hanno generata... É mai possibile una cosa di questo genere?
Ciò si può spiegare solo tenendo conto che non sono le masse a riposo a sommarsi, ma le masse dinamiche: elettrone e positrone si sono scontrati ad alta velocità, ed il loro impulso si è cambiato in massa! É come se, dopo l'urto frontale di due utilitarie, i pompieri dovessero rimuovere un mostruoso ammasso di qualcosa come 5000 tonnellate di ferraglia !!!
Addirittura, é possibile oggi MATERIALIZZARE ENERGIA: la figura qui sotto mostra proprio un "miracolo" di questo tipo. La freccia indica il punto dove un "quanto", cioè un pacchetto di energia, ha dato origine ad un doppietto elettrone-positrone: le due particelle si muovono poi in direzione opposta, come mostra la loro traccia in camera a nebbia, poiché é presente un campo magnetico (ortogonale al foglio) e le due particelle hanno carica uguale ed opposta. La carica, questa sì, nessuno finora é riuscita a crearla, e sembra proprio che sia invariante con qualunque sistema di riferimento. Sembra, dico, perché qualunque teoria fisica é valida fino a che qualche fatto sperimentale nuovo non viene a smentirla, come avvenne per la conservazione della Parità, quando si scoperse che i mesoni K la violavano nel loro decadimento. Al momento attuale, nessuno ha mai visto la carica non conservarsi in una qualche trasformazione fisica; é in virtù di questo e solo di questo che, PER ORA, affermiamo che LA CARICA SI CONSERVA!
Il fenomeno inverso, cioè la trasformazione della massa in energia, prende il nome di ANNICHILAZIONE. La particella Psi ha una vita media di soli 10–20 secondi, dopo di che sparisce, e tra i decadimenti permessi vi é quello in due fotoni che, come diremo nel paragrafo 4.4, sono semplici "pacchetti" di energia radiante, senza massa a riposo. Le masse di elettrone e positrone si sono così integralmente convertite in energia! Elettrone e positrone sono due esempi del dualismo MATERIA – ANTIMATERIA: accanto alla materia di cui siamo composti noi, ne dovrebbe esistere un'altra, con le stesse caratteristiche fisiche, esclusa la carica, che deve essere sistematicamente OPPOSTA. Così, l'"Anti-idrogeno" dovrebbe essere un atomo con al centro un antiprotone, di carica negativa, ed un positrone, di carica positiva, in orbita attorno ad esso. La collisione di materia ed antimateria libererebbe l'intera loro energia a riposo.
Se si riuscisse a sfruttare completamente questo fenomeno, si avrebbe a disposizione un'inesauribile fonte di energia: un chicco di caffè del peso di un grammo, toccando il suo duale fatto di antimateria, libererebbe una quantità enorme di energia, pari a:
più o meno pari a quella dell'atomica su Hiroshima! Se si pensa che 1014 Joule rappresentano all'incirca l'equivalente energetico dell'esplosione di 30.000 tonnellate di tritolo (cioè 30 chilotoni), si capisce una volta di più quanto fu profetica la celebre affermazione di John Fitzgerald Kennedy: « dobbiamo distruggere le armi nucleari prima che siano le armi nucleari a distruggere noi! »
Tornando a temi più ameni, qualche scrittore di fantascienza ha ideato avveniristiche astronavi che, sfruttando il fenomeno dell'annichilazione, potrebbero spingersi sino a velocità prossime a quella della luce. Si tratta però solo di sogni, perché non solo é difficile produrre antimateria, ma anche e soprattutto é quasi impossibile tenerla confinata: un solo contatto fra antiparticelle potrebbe innescare, in un ipotetico motore ad annichilazione, un'esplosione così terribile che, al confronto, lo scoppio dell'atomica di Hiroshima apparirebbe sì e no come un innocuo petardo. L'antimateria é come il solvente universale, un composto inutilmente vagheggiato dagli alchimisti medioevali, in grado di sciogliere tutto ciò con cui veniva a contatto. Se anche l'avessero scoperto, dove avrebbero trovato un recipiente in grado di contenerlo, senza essere sciolto a sua volta?...
Assodato che il solvente universale non esiste in nessun Hogwarts, ci chiediamo ora: la Relatività Ristretta permette l'esistenza di particelle senza massa o, addirittura, di particelle capaci di viaggiare più veloci della luce? È quanto cercheremo di scoprire nel paragrafo 4.4.