Che materia stai cercando?

Anteprima

ESTRATTO DOCUMENTO

e il neutrone (scoperto da Chadwick nel 1932). Questo insieme di particel-

le elementari è completato dall’ipotesi dell’esistenza del neutrino, formulata

da Pauli nel 1930 per giustificare alcune proprietà altrimenti incomprensibili

dei decadimenti β (per la osservazione sperimentale dei neutrini bisognerà

attendere gli esperimenti di Reines e Cowan negli anni ’50) e ancora oggi

possiamo considerare questi come i costituenti di tutta la materia ordinaria

che osserviamo intorno a noi.

Di questi cinque componenti, quattro (l’elettrone, il neutrino, il protone

ed il neutrone) sono dei fermioni, ossia particelle a spin semintero che nel

linguaggio odierno rappresentano i campi di materia ed uno solo, il fotone,

è un bosone, ossia ha spin intero e costituisce un campo di forza, il quanto

della forza elettromagnetica. Gli altri campi di forze che oggi conosciamo,

i bosoni intermedi W e Z, mediatori delle interazioni deboli (responsabili

dei decadimenti β) e i gluoni, mediatori delle interazioni forti (responsabili

dei legami nucleari), differiscono in maniera essenziale dal fotone per il fat-

to che le relative interazioni sono a corta distanza o range. Benché anche

questi campi di forza siano ingredienti essenziali della nostra interpretazione

del mondo microscopico (il cosidetto Modello Standard delle particelle ele-

mentari), i loro effetti possono manifestarsi quindi solo osservando gli stati

della materia con altissima risoluzione (come vedremo, per il principio di

indeterminazione questo richiede interazioni ad alta energia tra le particel-

le), mentre sperimentiamo direttamente i fotoni con i nostri sensi attraverso

l’osservazione di qualunque fenomeno luminoso. Cosı̀ la teoria di Fermi, che

interpreta elegantemente tutte le interazioni deboli di bassa energia (e quin-

di, per esempio, tutti i decadimenti β radioattivi), è basata sull’interazione

puntiforme diretta di quattro fermioni, senza necessità di ulteriori particelle

mediatrici.

Le interazioni nucleari forti devono però dar conto dell’attrazione (e della

repulsione) tra i componenti del nucleo e non possono quindi essere puntifor-

mi. Questo conduce all’ ipotesi che le interazioni forti possano essere mediate

da particelle pesanti (caratteristica che assicura un corto range alle intera-

zioni), formulata da Yukawa (1935). La ricerca dei mediatori (i cosiddetti

mesotroni) di Yukawa si intreccia con la scoperta del muone come compo-

nente della radiazione cosmica che raggiunge la superficie terrestre (“raggi

cosmici”). Il muone, come ricorda il suo nome, viene inizialmente interpre-

tato come la particella di Yukawa. L’esperimento di Conversi, Pancini e

Piccioni (1945) chiarisce l’errore (la particella di Yukawa, il pione, viene poi

scoperto da Lattes, Muirhead, Occhialini e Powell nel 1947) e al tempo stesso

5

apre la prima finestra sulle repliche delle particelle elementari: il muone ri-

sulta infatti a tutti gli effetti un elettrone pesante. Nel frattempo, la scoperta

dell’elettrone positivo (il positrone, Anderson 1932) e dell’antiprotone (Segré

1955) dimostrano il significato fisico delle soluzioni ad energia negativa della

teoria di Dirac.

Intanto, la spettroscopia delle particelle ad interazione forte (gli adroni)

si arricchiva di sempre nuove componenti, che si andavano ad aggiungere a

protoni, neutroni e pioni. Negli anni sessanta, Gell-Mann e Zweig suggeriro-

no che una classificazione di questi adroni, che si raccoglievano in gruppi con

molteplici regolarità nelle loro proprietà, poteva essere facilmente ottenuta

ipotizzando che gli adroni fossero costituiti mettendo insieme in vari modi dei

semplici “mattoni” elementari, detti quark. Nello stesso periodo, esperimenti

di diffusione di elettroni su protoni e neutroni (in perfetta analogia con le

pionieristiche osservazioni di Rutherford) mettevano in luce come la distribu-

zione di materia degli adroni doveva essere effettivamente essere concentrata

intorno a componenti praticamente puntiformi (i partoni) che venivano cosı̀

ad essere considerati la prova sperimentale dell’esistenza dei quark. Le in-

terazioni forti devono allora essere reinterpretate a questo nuovo livello di

componenti. Questo è realizzato nella teoria della cromodinamica quanti-

stica, che introduce i gluoni come mediatori fondamentali dell’interazione

forte.

L’estrapolazione della teoria di Fermi delle interazioni deboli ad altissime

energie porterebbe a divergenze incompatibili con i principi primi sulla som-

ma delle probabilità degli stati finali accessibili. Questo problema è risolto

negli anni sessanta introducendo anche per queste interazioni dei mediatori

pesanti, i bosoni intermedi, scoperti poi negli anni ottanta da Rubbia.

Il panorama delle particelle “elementari” che abbiamo davanti oggi com-

prende dunque quattro campi di materia fermionici, replicati in più famiglie,

la prima delle quali è costituita dall’elettrone, dal suo neutrino, dal quark

“up” e dal quark “down”, e tre gruppi di mediatori, il fotone per l’intera-

zione elettromagnetica, i gluoni per l’interazione forte e i bosoni intermedi

per l’interazione debole. La quarta interazione che conosciamo, l’interazione

gravitazionale che domina il mondo macroscopico, è del tutto trascurabile a

livello delle particelle elementari e non sarà quindi trattata in questo corso.

6


PAGINE

6

PESO

109.14 KB

AUTORE

Teemo92

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in fisica e astrofisica
SSD:
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Teemo92 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fisica nucleare e subnucleare e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università La Sapienza - Uniroma1 o del prof Dionisi Carlo.

Acquista con carta o conto PayPal

Scarica il file tutte le volte che vuoi

Paga con un conto PayPal per usufruire della garanzia Soddisfatto o rimborsato

Recensioni
Ti è piaciuto questo appunto? Valutalo!

Altri appunti di Fisica nucleare e subnucleare

Dispensa di Fisica Nucleare - Particelle
Dispensa
Dispensa di Fisica Nucleare - Interazioni
Dispensa
Dispensa di Fisica Nucleare - Il passaggio della radiazione nella materia
Dispensa
Dispensa di Fisica Nucleare - Esperimenti di diffusione
Dispensa