Esiste l’atomo formato da un protone e da un anti-protone che gli gira attorno? Come si chiama, e quali proprietà ha?

Teoricamente un atomo composto da un protone e antiprotone può esistere dato che l’equazione del moto che la descrive è formalmente identica a quella dell’atomo di idrogeno standard, solo che il parametro della massa ridotta del sistema è chiaramente molto più grande essendo l’antiprotone circa 2000 volte più massivo dell’elettrone.

A differenza dell’atomo di idrogeno standard questo atomo ha un raggio molto più piccolo e non è individuabile un vero nucleo, perchè dato che i due oggetti “orbitanti” hanno la stessa massa non si può identificare il centro di rotazione con nessuno dei due oggetti, ma entrambi ruotano intorno al centro di massa.

Questo atomo però, anche quando si forma, sia spontaneamente che in laboratorio, ha una vita brevissima, in pochissime frazioni di secondo scompare a causa dell’annichilazione materia-antimateria, generando energia sotto forma di raggi gamma.

Potrebbe sembrare strano perchè ci si potrebbe chiedere: ma se l’equazione del moto per l’idrogeno standard permette di avere degli stati stazionari (cioè immutabili nel tempo come distanza media dal nucleo, energia, etc., etc.) perchè questo non dovrebbe avvenire anche per questo atomo esotico? In fondo l’equazione di base è la stessa!

In realtà questa obiezione è corretta e infatti l’equazione del moto prevederebbe uno stato stazionario anche per questo atomo esotico, ma questo avviene perchè la teoria quantistica normalmente usata per studiare gli atomi non prende in considerazione i fenomeni di annichilazione. Anche usando questa equazione però si osserva che c’è una probabilità non nulla di osservare i due corpi molto vicini, praticamente sovrapposti. Nel caso dell’idrogeno standard questo non comporta alcun fenomeno strano perchè protone ed elettrone interagiscono solo per via elettromagnetica. Ma per l’atomo esotico in questione la breve distanza innesca l’annichilazione, e questo accade in un tempo brevissimo perchè la probabilità di osservare i due corpi vicini è tanto più grande quanto è grande la massa ridotta del sistema e quindi per l’atomo esotico è una probabilità molto alta.