Un sacco di storie fantastiche iniziano attraversando uno specchio. Al di là dello specchio tutto funziona al contrario, ogni cosa diventa imprevedibile e bizzarra… almeno nelle favole!
La maggior parte degli esseri viventi sono asimmetrici, ad esempio noi abbiamo il cuore a sinistra e il fegato a destra. Ciò che vediamo nello specchio, un uomo con il cuore a destra e il fegato a sinistra, non è però “impossibile”, ma solo raro. Lo stesso discorso vale, per esempio, per le lumache: il loro guscio si “arrotola” (quasi) sempre nello stesso verso.

Nel mondo della fisica, le cose si comportano in modo molto più semplice. Consideriamo le quattro interazioni fondamentali della natura: forza elettromagnetica, gravitazionale, forte e debole. Per capire cosa succede in questo ambito, serve fare una piccola premessa matematica. Le grandezze fisiche possono essere di diversi tipi, nella maggior parte dei casi riconducibili a due categorie. Ci sono grandezze, come la massa di un oggetto, per le quali un numero è sufficiente a dare tutta l’informazione possibile, 100 grammi, 4 tonnellate, 1 microgrammo: un numero (ovviamente con la sua unità di misura) mi dice tutto. Queste grandezze si definiscono scalari. Altre grandezze, come ad esempio la velocità di un corpo, sono ben definite quando, oltre che un valore numerico, conosciamo una direzione e un verso: non ci basta sapere che stiamo viaggiando a 60km/h, vogliamo anche sapere dove stiamo andando! Queste grandezze si chiamano vettoriali.

Se guardate allo specchio, queste grandezze si trasformano in modi diversi a seconda della loro natura. Se consideriamo la velocità di un oggetto che si muove verso lo specchio, ad esempio, osserveremo che la sua immagine riflessa si muove nella stessa direzione, ma in verso opposto: la vedremo “uscire” dallo specchio. Tutti i vettori che si comportano così vengono chiamati “vettori veri”. Se invece consideriamo un filo percorso da corrente, le cose cambiano. Consideriamo una spira, ovvero un circuito circolare, in cui scorre una corrente I: questa produrrà un campo magnetico B orientato perpendicolarmente al piano della spira e diretto in una certa direzione. Se osserviamo la spira allo specchio, ponendola parallelamente allo specchio stesso, vediamo che il campo magnetico non viene riflesso: questo tipo di grandezze vengono chiamate pseudovettori. Se troviamo qualche legge fisica che lega vettori e pseudovettori nel modo giusto (ad esempio, osserviamo che la direzione in cui si muove un corpo è preferibilmente allineata ad un campo magnetico), abbiamo trovato una legge fisica che, allo specchio, non vale più.

Se metto una spira in cui circola una corrente I di fronte ad uno specchio, ciò che vedo nello specchio stesso è un campo magnetico che va nella stessa direzione.

Se metto una spira in cui circola una corrente I di fronte ad uno specchio, ciò che vedo riflesso nello specchio è un campo magnetico che va nella stessa direzione.

L’interazione elettromagnetica è responsabile di tutti i fenomeni elettrici e magnetici: se prendiamo, ad esempio, due protoni, questi sentiranno una forza repulsiva, perché hanno entrambi carica positiva. Nello specchio, questo non cambia, continueranno a respingersi. Lo stesso ragionamento vale per tutti i fenomeni elettromagnetici, fili percorsi da correnti, magneti, antenne, onde radio… le stesse equazioni che valgono nel mondo reale valgono anche dietro lo specchio. Lo stesso vale per le interazioni gravitazionali: un oggetto che cade nel mondo reale cade anche nello specchio, seguendo le stesse identiche equazioni.

Più complicato è il caso delle interazioni nucleari. L’interazione forte è responsabile del legame tra i componenti dei nuclei atomici, è molto intensa e complicata da descrivere. Tuttavia, non è mai stato osservato nessun fenomeno che, visto nello specchio, non seguisse le stesse equazioni valide nel mondo reale.
L’interazione debole, invece, è più subdola: interviene solo in alcuni decadimenti radioattivi, mescolando tutto l’ordinato schema che le particelle seguirebbero se esistessero solo le interazioni elettromagnetiche e forti. Tra i decadimenti mediati dalle interazioni deboli c’è quello di un isotopo del cobalto, il Cobalto-60, che decade in Nichel-60 emettendo un elettrone. Nel 1956, la ricercatrice cinese Chien-Shiung Wu ideò un esperimento per vedere se, per l’interazione debole, la simmetria allo specchio è rispettata. L’idea è molto semplice: si immerge un campione di Cobalto-60 in un campo magnetico intenso e si misura se esiste una asimmetria nella distribuzione degli elettroni di decadimento. Se ciò avviene significa che lo stesso esperimento allo specchio avrebbe dato un risultato opposto. Fu esattamente quello che la Wu osservò: gli elettroni di decadimento “preferiscono” uscire nella stessa direzione del campo magnetico, e quindi, nello specchio, vediamo il contrario di quello che succede nella realtà.

Schema dell'esperimento di Wu: nel mondo reale, gli elettroni di decadimento vengono emessi parallelamente al campo magnetico, nel mondo allo specchio antiparallelamente. Per questo, l'interazione debole viola la simmetria di parità.

Schema dell’esperimento di Wu: nel mondo reale gli elettroni di decadimento vengono emessi parallelamente al campo magnetico, nel mondo allo specchio antiparallelamente. Questo implica che l’interazione debole viola la simmetria di parità.

Solo l’interazione debole, tra le interazioni fondamentali della natura, viola quella che i fisici chiamano “conservazione della parità”, cioè si comporta in modo diverso nel mondo reale e nel mondo dello specchio. Oggi sappiamo, però, che questa violazione della parità è una delle ragioni per cui, durante la formazione dell’Universo, la materia ha avuto il sopravvento sull’antimateria.

 

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