Concetti Chiave
- Newton definì la massa come una misura della quantità di materia, ma la sua comprensione fu superata solo due secoli dopo.
- Il Modello Standard identifica 24 particelle fondamentali, tra cui sei quark e sei leptoni, che costituiscono la materia.
- La massa del protone è maggiore della somma delle masse dei suoi quark a causa dell'energia di movimento e di legame che li unisce.
- Einstein dimostrò l'interconnessione tra massa ed energia, chiarendo che la massa deriva dall'energia in gioco all'interno delle particelle.
- Il campo di Higgs rappresenta una teoria fondamentale per comprendere l'origine della massa delle particelle elementari.
La massa secondo Newton
La conclusione alla quale pervenne Newton relativamente alla massa fu che essa rappresenta semplicemente una misura della quantità di materia. In base a ciò, è sufficiente sommare le masse dei costituenti elementari della materia per ottenere il valore esatto di massa. Ma le cose non stanno esattamente così e il perché si sarebbe scoperto soltanto due secoli pi tardi. In base al Modello Standard, ci sono ventiquattro particelle identificabili come i veri mattoncini di base della materia. Tra di esse, troviamo sei tipi di quark chiamati up, down, top, bottom, charm e strange che, a loro volta, si raggruppano in tre varietà, a seconda del valore di una loro proprietà chiamata carica di colore, e sei particelle chiamate leptoni, famiglia alla quale appartengono gli elettroni e i neutrini. Questi ultimi sono quasi interamente privi di massa e scarsamente interagenti a tal punto da essere in grado di attraversare senza difficoltà qualunque cosa si trovi sul loro cammino. Un protone costituito da due quark up e un quark down. Se sommiamo le masse dei tre quark, il totale risulta essere solo l'1% della massa del protone: il 99% della massa del protone sembra non esserci nonostante le misurazioni dicano il contrario. La stessa cosa accade con i neutroni, costituiti da un quark up e due quark down. Insomma, esiste molta pi massa di quella che possibile misurare.
Einstein e la massa-energia
Di questo si rese conto Albert Einstein, allorché pubblicò un articolo dal titolo:Può l'inerzia di un corpo dipendere dal suo contenuto di energia? Come sappiamo, i fatti dimostrarono che questa domanda aveva una risposta affermativa e che massa ed energia sono due aspetti indissolubilmente legati e commutabili. Le scoperte di Einstein permisero di comprendere il motivo per cui la massa del protone risulta maggiore della somma delle sue componenti. I tre quark all'interno del protone giustificano solo l'1% della sua massa, ma sono legati uno all'altro da forze eccezionalmente intense. Perciò, la maggior parte della massa del protone scaturisce dall'energia in gioco nel movimento dei quark al suo interno e dall'energia di legame che li tiene uniti. Quanto detto porta a concludere che qualunque struttura, vivente o inerte, deve gran parte della sua massa all'intensa energia che occorre per tenere insieme le particelle elementari da cui essa stessa costituita. Da Newton ad Einstein la scienza fece passi da gigante verso la comprensione della natura della massa.
Il campo di Higgs e la massa
Gli anni sessanta del secolo scorso videro confluire gli sforzi degli scienziati verso l'ultimo obiettivo necessario: capire da che cosa traessero la propria massa le particelle elementari. Il campo di Higgs rappresentava un'affascinante e coerente teoria, in grado di risolvere proprio questo mistero e oggi sappiamo com'è andata. Leggi Il bosone di Higgs Domenico Signorelli
Domande da interrogazione
- Qual è la definizione di massa secondo Newton?
- Qual è la composizione di un protone e perché la sua massa è maggiore della somma delle masse dei suoi componenti?
- Come ha contribuito Einstein alla comprensione della massa?
- Qual è il ruolo del campo di Higgs nella comprensione della massa delle particelle elementari?
Secondo Newton, la massa è una misura della quantità di materia, ottenuta sommando le masse dei costituenti elementari. Tuttavia, questa visione è stata ampliata con scoperte successive.
Un protone è composto da due quark up e un quark down, ma la somma delle loro masse rappresenta solo l'1% della massa del protone. La maggior parte della massa deriva dall'energia associata al movimento e all'interazione dei quark.
Einstein ha dimostrato che massa ed energia sono interconnesse, spiegando che la massa del protone è maggiore della somma delle masse dei quark a causa dell'energia di legame e del movimento dei quark all'interno del protone.
Il campo di Higgs è una teoria che ha cercato di spiegare come le particelle elementari ottengano la loro massa, rappresentando un importante passo avanti nella fisica moderna.
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