matèria (fisica)

Descrizione generale

Tutto ciò che è dotato di massa secondo il punto di vista della fisica classica e macroscopica. In questo senso si può distinguere la materia secondo gli stati di aggregazione (solido, liquido, aeriforme), suddividerla in organica e inorganica, raggrupparla nelle tre categorie minerale, animale, vegetale, queste ultime due dette anche materia vivente. Tali suddivisioni non hanno più senso quando si considera la materia nei suoi costituenti elementari (molecole, atomi, particelle subatomiche) o quando si prendono in esame le trasformazioni di materia in energia, o viceversa. Infatti, per la relatività di Einstein, massa ed energia si equivalgono, e quindi anche a quest'ultima può essere assegnata una consistenza materiale. La materia manifesta fenomeni di instabilità atomica e nucleare (radioattività) con emissione di radiazioni elettromagnetiche (raggi X e raggi γ) e corpuscolari (raggi α e raggi β) o con la fissione spontanea. A seguito delle esperienze eseguite con i rivelatori di particelle anche associati ad acceleratori di altissima energia sono state identificate una miriade di particelle subatomiche oltre alle tre che sono i costituenti fondamentali dell'atomo (protone, neutrone, elettrone).

Fisica della materia condensata

Settore della fisica che studia la materia ordinaria, ovvero la materia nei normali stati di aggregazione e quindi esclude tutti i settori relativi alla materia atomica, nucleare e subatomica e la materia studiata dall'astrofisica. In particolare, studia la materia nei diversi stati di aggregazione, solido, liquido o aeriforme, ma anche stati più esotici, come la materia allo stato di superconduttore o di superfluido. La fisica della materia condensata riguarda anche lo studio delle nanostrutture, alla base dei circuiti ad alto livello di integrazione utilizzati in una miriade di apparati, quali i telefoni cellulari o gli elettrodomestici cosiddetti intelligenti. La fisica delle materia condensata si occupa anche di nuovi materiali dotati di straordinarie proprietà meccaniche, quali i nanotubi al carbonio. Un altro settore di straordinario interesse, che comprende pienamente la fisica della complessità, riguarda l'estensione dello studio delle fasi della materia, come per esempio nell'ambito dei sistemi vetrosi e disordinati, a campi apparentemente estranei come la struttura dei mercati finanziari o l'ottimizzazione dei sistemi di spedizione, che ne condividono il grado di complessità.

Materia e antimateria

In contrapposizione alla materia ordinaria su descritta si parla di antimateria, cioè della particolare materia costituita da antiparticelle, in cui al posto di ogni singola particella fondamentale sia sostituita la particella che si ottiene da essa per coniugazione di carica. Il concetto di antimateria fu introdotto per la prima volta, per via puramente teorica, da P. A. M. Dirac, nel 1930, che previde l'esistenza di elettroni positivi, poi effettivamente trovati nella radiazione cosmica nel 1932. In seguito furono osservate antiparticelle di tutte le particelle fondamentali, e furono anche prodotti in laboratorio nuclei di atomi leggeri di antimateria. Atomi formati dall'antimateria dell'idrogeno, cioè antiatomi di idrogeno, costituiti da antiprotoni ed elettroni positivi, sono stati ottenuti per la prima volta in laboratorio, ma in piccolo numero, al CERN di Ginevra, nel 1995-1996 e poi al Fermilab di Chicago, nel 1998. Una grande quantità di antimateria sotto questa stessa forma è stata successivamente prodotta, sempre al CERN, nel 2002. In queste ultime esperienze, incominciate nel 2000, sono stati prodotti circa 50.000 antiatomi di idrogeno a velocità tanto basse da potersi considerare a riposo. Opportunamente conservati, questi atomi di antimateria vengono utilizzati anche per confrontare le similitudini e le differenze tra materia e antimateria. Tutto sembra mostrare che tali atomi si comportino in maniera analoga agli atomi di materia ordinaria, tuttavia, se materia e antimateria vengono a contatto, si annichilano entrambe dando luogo alla formazione di mesoni e di altre particelle che, a loro volta, in pochi microsecondi, si trasformano in raggi γ e neutrini.

F. O. Rice, E. Teller, The Structure of Matter, New York, 1950; R. P. Feynman, The Feynman Lectures on Physics, Londra-Reading, 1963; I. Kaplan, Nuclear Physics, Londra-Reading, 1971.