Fisica delle particelle

Hanno tutte spin pari a \( \frac{1}{2} \). Quando parliamo di spin, c'è

un'interazione intrinseca del momento angolare. Ruotano proprio come nel

macromondo gli oggetti che ruotano hanno un momento angolare. Quindi

esiste un momento angolare simile negli elettroni. Non che gli elettroni girino

proprio come una trottola, ma hanno le stesse proprietà come se stessero

ruotando. Si scopre che per l'elettrone ci sono due stati del momento

angolare e può girare avanti e indietro tra i due, assorbendo o rilasciando

energia da uno stato all'altro quando è all'interno di un atomo, poiché è

accoppiato con il nucleo carico positivamente. Quindi sì, c'è davvero qualcosa

come lo spin del momento angolare. Ecco perché lo chiamano momento

angolare intrinseco e le unità sono \( \hbar \), che è la costante di Planck

divisa per \( 2\pi \).

Cos'altro abbiamo? Ci sono i sei leptoni e hanno le corrispondenti sei

antiparticelle. Quindi, per ogni leptone c'è un antileptone. Per l'elettrone c'è

un positrone, per il muone c'è un muone positivo, per il tau c'è un tau positivo

e per ognuno dei tre neutrini c'è un antineutrino. Quindi, ce ne sono un totale

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di 12: sei leptoni e sei antileptoni.

Diamo un'occhiata alla loro massa. Ora, per un elettrone ti servono 511 mila

elettronvolt o \( 0.511 \) MeV. \( M \) sta per mega o milione. Quindi, ci

vogliono poco più di mezzo milione di elettronvolt per avere energia

sufficiente per formare la massa di un singolo elettrone, che è relativamente

piccola perché la quantità di energia necessaria per un protone o un neutrone

è quasi duemila volte la massa dell'elettrone. È circa \( 1 \) GeV, la massa di

un protone o la massa di un neutrone.

Ora, nota che le altre due particelle, muone e tau, sono molto più grandi. Il

muone ha una massa di \( 105.7 \) MeV e il tau ha una massa di quasi

\( 1.777 \) GeV. Quindi, queste due particelle tendono ad essere molto

instabili. Il muone dura solo circa \( 2.2 \) milionesimi di secondo e il tau dura

meno di un trilionesimo di secondo prima di disintegrarsi. Quindi, queste sono

particelle molto instabili e richiedono molta energia per essere create.

Ora, l'elettrone è una particella molto stabile, dura quasi per sempre. È

piccolo e molto stabile, così come lo sono i neutrini. Ora, i neutrini sono

particelle molto strane. Nota che sono estremamente piccoli e hanno una

quantità molto piccola di massa, molto molto più piccola, ad esempio,

dell'elettrone. In questo caso, è \( 7 \) eV contro mezzo milione di eV, quindi è

circa uno su centomila. Quindi, è circa centomila volte più piccolo

dell'elettrone. Questi sono circa un milione di volte più piccoli e corrispondono

a circa \( 150.000 \) o \( 120.000 \) della massa di un elettrone. Sono tutte e

tre particelle molto piccole e quindi si muovono a velocità molto elevate,

vicine alla velocità della luce.

Si pensava che queste particelle fossero come i fotoni e quindi non avessero

alcuna massa, ma ora sappiamo che non è così. Hanno una piccola quantità

di massa, quindi non si muovono proprio alla velocità della luce. La cosa

interessante è che queste particelle sono molto sfuggenti. Il motivo per cui

sono sfuggenti è che non hanno carica, quindi non c'è interazione con la

materia. L'unico modo in cui possono interagire è se l'azione è in collisione

frontale con una particella come un neutrone o un protone. A parte questo,

queste particelle tendono ad attraversare praticamente qualsiasi materiale. In

effetti, queste particelle attraversano proprio te proprio ora, mentre sei seduto

lì a guardare questo video. Ci sono neutrini che attraversano il tuo corpo e

non interagiscono affatto con qualsiasi atomo nel tuo corpo. Poi continuano

attraverso la Terra e continuano a uscire dall'altra parte della Terra, e la

maggior parte di loro non interagisce con alcuna materia all'interno della

Terra. Quindi, sono particelle molto sfuggenti, molto strane.

Vediamo qui, oltre alla stabilità, abbiamo la carica. Nota che queste hanno

carica, queste non hanno carica. Hai anche uno spin ISO correlato qui. Lo

spin assiale è \( -\frac{1}{2} \) per l'elettrone, il tau e il muone, e \( +\frac{1}{2}

\) per i neutrini. Ora, lo spin assiale è un numero della meccanica quantistica

associato a quella che chiameremmo interazione forte. Risulta che poiché

questi leptoni non hanno una forte interazione con la forza forte, in realtà

hanno solo un'interazione con la forza debole. Quindi, ti aspetteresti che

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abbiano una rotazione ISO in base a ciò. In un video successivo spiegherò

molto di più sulla rotazione ISO, ma ha a che fare con se c'è un'interazione

forte o debole con la forza forte o la forza debole.

Quindi, questo ti dà una panoramica molto bella di cosa sono i leptoni, quanta

massa hanno, se sono stabili o meno e se portano o meno carica. Hanno uno

spin, un momento angolare intrinseco ad essi associato. Sì, queste sono

particelle molto elementari. Sono particelle puntiformi, non hanno una

struttura interna. Sono molto diverse da particelle come protoni e neutroni,

che sono infatti costituiti anche da piccole particelle come i quark. Spero che

questo ti dia una buona idea di cosa sono i leptoni.

Riassunto: Questo testo descrive in dettaglio le particelle elementari chiamate

leptoni. Ci sono sei leptoni: elettrone, muone, tau e i tre neutrini

corrispondenti. I leptoni partecipano all'interazione elettromagnetica se sono

carichi. Hanno uno spin pari a \( \frac{1}{2} \) e un momento angolare

intrinseco. Ogni leptone ha una corrispondente antiparticella. Gli elettroni

sono molto stabili, mentre i muoni e i tau sono molto instabili. I neutrini sono

particelle molto piccole e sfuggenti, con una massa molto piccola.

---14 Particle Physics (14 of 41) Elementary Particles What Is A Quark

(Part 2)

Benvenuti a una conferenza online. Per capire meglio i quark, ora parliamo di

più dal vivo di cosa sono le forze e come vengono create le forze che

tengono insieme i quark all'interno del nucleone, all'interno di un neutrone o

protone o qualsiasi altro adrone. Il modo in cui funziona è che i quark

possiedono un tipo di carica. Non è diverso dalla carica che abbiamo usato

per mettere in pausa le cariche negative: quando sono uguali si respingono,

quando sono opposte si attraggono. Con i quark, però, c'è più di una carica:

ci sono tre diversi tipi di cariche. Poiché non abbiamo alcun modo per

esprimerli, li esprimiamo in forma di colore. Quindi, abbiamo quelle che

chiameremmo tre cariche di colore e le chiamiamo verde, blu e rosso. Ancora

una volta, il colore non è davvero importante; il fatto è che ci sono tre diversi

tipi di cariche.

Ci rendiamo conto anche che esiste una carica anticolore. Per ogni carica di

colore c'è una carica anticolore opposta. Quello che abbiamo scoperto è che

una carica di colore e una carica anticolore si attraggono tra loro molto

fortemente. La forza di attrazione tra un colore e una carica anticolore è molto

più forte della forza di attrazione e repulsione tra le cariche di colore.

Possiamo dire che la forza tra i colori è meno forte della forza tra un colore e

un anticolore. Anche i colori uguali si respingono e colori diversi si attraggono.

Non possiamo dire opposti perché non esiste un opposto; ce ne sono solo tre

tipi diversi. Se sono uguali, si respingono; se sono diversi, si attraggono. Ad

esempio, un blu si attrarrà con un verde e un blu si attrarrà con il rosso, ma

un verde e un verde si respingeranno.

Il modo in cui i quark interagiscono tra loro è attraverso uno scambio di

gluoni. Lo scambio di gluoni è un evento continuo e molto rapido. Non è che

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ogni tanto un gluone salti da un quark all'altro; è un evento costante. I gluoni

vanno avanti e indietro a una velocità molto rapida. Ad esempio, abbiamo un

quark con una carica di colore rosso. Questo quark emette un gluone. Un

gluone porterà sempre una carica di colore e una carica anticolore. Ad

esempio, questo gluone potrebbe trasportare una carica rossa e una carica

antiverde. Così facendo, il quark che emette il gluone con la carica rossa e

l'antiverde diventerà verde. In realtà, non diventa verde; solo ora ha una

carica verde associata ad esso.

Se abbiamo un quark che ha una carica verde e il gluone che attraversa

questo quark contiene un rosso e un antiverde, l'antiverde si annienterà

diventando verde e il quark acquisirà la carica rossa. Quindi, il quark

diventerà rosso. In realtà, ciò che intendiamo è che il quark avrà una carica

rossa. Prima che il gluone fosse inviato, poiché hanno colori diversi, i due

quark si attrarranno. Dopo aver applicato il gluone, i diversi quark si

attrarranno di nuovo. Puoi vedere che c'è questo equilibrio costante tra i

quark che hanno lo stesso colore.

Mentre il gluone è in viaggio, questo quark sarà verde e questo quark sarà

verde perché il gluone è ancora in viaggio. Ovviamente, non ci vorrà molto

tempo. I gluoni viaggeranno alla velocità della luce e la distanza tra i quark è

molto piccola, è più piccola del diametro di un nucleone, che è \( 1 \times 10

^{-15} \) metri. Immagina che la quantità di tempo che il gluone impiega

viaggiando da un quark all'altro è estremamente piccola. Ma in quel

momento, per un breve periodo di tempo, questi due quark ora hanno lo

stesso colore e si respingono a vicenda. Quindi, i quark si allontaneranno di

più, poi si attrarranno di nuovo e inizieranno ad avvicinarsi. Sembra esserci

questo equilibrio costante tra i quark mentre i gluoni vanno in giro.

Se non avessimo una situazione statica, i quark si attrarrebbero e si

scontrerebbero o si respingerebbero e scomparirebbero. Ciò non può

accadere; dobbiamo averli in un certo atto di equilibrio. Questo costante

scambio di gluoni assicura che questi quark rimangano a certe distanze.

Abbiamo anche scoperto che man mano che i quark si allontanano, lo

scambio dei gluoni diventa più rapido e la forza di attrazione diventa

maggiore. Man mano che la distanza tra i quark aumenta, la forza tra di loro

aumenta. La forza crescente impedisce ai quark di spostarsi troppo

all'esterno e di lasciare i confini del nucleone, del protone o del neutrone.

Spero che questo ti dia un'idea di come questi quark si bilanciano. La

stragrande maggioranza della m