Introduzione alle particelle elementari

Introduzione alle particelle elementari
Christian Ferrari
Liceo di Locarno
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
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Sommario
1
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Atomi, nuclei e nuove particelle
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Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
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Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
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Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
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Idee di base Dimensioni
Sommario
1
Introduzione
Quadro generale e dimensioni del mondo microscopico
Atomi, nuclei e nuove particelle
Le particelle elementari
Costruire particelle
Aspetti sperimentali
La forza elettromagnetica
La forza nucleare forte
La forza nucleare debole
L’unificazione delle forze
Quale ruolo per la forza gravitazionale?
Percorso storico
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Idee di base Dimensioni
Introduzione
2
La fisica delle particelle elementari si pone la domanda:
“Di cosa è fatta la materia ad una scala piccolissima?”
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Introduzione
2
La fisica delle particelle elementari si pone la domanda:
“Di cosa è fatta la materia ad una scala piccolissima?”
A livello subatomico la materia è composta da un piccolo numero
di particelle “di base” classificabili in diverse classi, queste ultime
sono replicate in grandissime quantità per costituire tutto quanto
ci circonda.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Introduzione
2
La fisica delle particelle elementari si pone la domanda:
“Di cosa è fatta la materia ad una scala piccolissima?”
A livello subatomico la materia è composta da un piccolo numero
di particelle “di base” classificabili in diverse classi, queste ultime
sono replicate in grandissime quantità per costituire tutto quanto
ci circonda.
Sorge quindi un’altra domanda:
“Come interagiscono tra loro le particelle?”
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Introduzione
2
La fisica delle particelle elementari si pone la domanda:
“Di cosa è fatta la materia ad una scala piccolissima?”
A livello subatomico la materia è composta da un piccolo numero
di particelle “di base” classificabili in diverse classi, queste ultime
sono replicate in grandissime quantità per costituire tutto quanto
ci circonda.
Sorge quindi un’altra domanda:
“Come interagiscono tra loro le particelle?”
Cercheremo di rispondere qualitativamente a queste domande.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Quadro generale
3
La descrizione del mondo atomico e subatomico si basa su:
un certo numero di particelle dette elementari,
la possibilità di “costruire” delle particelle partendo da quelle
elementari,
delle forze fondamentali tra queste particelle,
l’idea che la forza è mediata da un certo numero di particelle,
chiamate particelle mediatrici.
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Idee di base Dimensioni
Quadro generale
3
La descrizione del mondo atomico e subatomico si basa su:
un certo numero di particelle dette elementari,
la possibilità di “costruire” delle particelle partendo da quelle
elementari,
delle forze fondamentali tra queste particelle,
l’idea che la forza è mediata da un certo numero di particelle,
chiamate particelle mediatrici.
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Idee di base Dimensioni
Quadro generale
3
La descrizione del mondo atomico e subatomico si basa su:
un certo numero di particelle dette elementari,
la possibilità di “costruire” delle particelle partendo da quelle
elementari,
delle forze fondamentali tra queste particelle,
l’idea che la forza è mediata da un certo numero di particelle,
chiamate particelle mediatrici.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
Quadro generale
3
La descrizione del mondo atomico e subatomico si basa su:
un certo numero di particelle dette elementari,
la possibilità di “costruire” delle particelle partendo da quelle
elementari,
delle forze fondamentali tra queste particelle,
l’idea che la forza è mediata da un certo numero di particelle,
chiamate particelle mediatrici.
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Idee di base Dimensioni
Quadro generale
3
La descrizione del mondo atomico e subatomico si basa su:
un certo numero di particelle dette elementari,
la possibilità di “costruire” delle particelle partendo da quelle
elementari,
delle forze fondamentali tra queste particelle,
l’idea che la forza è mediata da un certo numero di particelle,
chiamate particelle mediatrici.
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Idee di base Dimensioni
Dimensioni del mondo microscopico
Cosa si intende per mondo microscopico? Quali sono le scale
tipiche di questo mondo?
Distanza tra atomi in un cristallo di alluminio: 2.3 · 10−10 [m]
Taglia di un atomo: ∼ 10−10 [m]
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
4
Dimensioni del mondo microscopico
Cosa si intende per mondo microscopico? Quali sono le scale
tipiche di questo mondo?
Distanza tra atomi in un cristallo di alluminio: 2.3 · 10−10 [m]
Taglia di un atomo: ∼ 10−10 [m]
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
4
Dimensioni del mondo microscopico
Cosa si intende per mondo microscopico? Quali sono le scale
tipiche di questo mondo?
Distanza tra atomi in un cristallo di alluminio: 2.3 · 10−10 [m]
Taglia di un atomo: ∼ 10−10 [m]
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
4
Dimensioni del mondo microscopico
Taglia di un nucleo: ∼ 10−15 [m]
Taglia di un nucleone (= protone/neutrone): ∼ 10−15 [m]
10−15 = 0.000000000000001
“Taglia” di un elettrone: inferiore a ∼ 10−18 [m] (considerato
puntiforme)
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
5
Dimensioni del mondo microscopico
Taglia di un nucleo: ∼ 10−15 [m]
Taglia di un nucleone (= protone/neutrone): ∼ 10−15 [m]
10−15 = 0.000000000000001
“Taglia” di un elettrone: inferiore a ∼ 10−18 [m] (considerato
puntiforme)
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
5
Dimensioni del mondo microscopico
Taglia di un nucleo: ∼ 10−15 [m]
Taglia di un nucleone (= protone/neutrone): ∼ 10−15 [m]
10−15 = 0.000000000000001
“Taglia” di un elettrone: inferiore a ∼ 10−18 [m] (considerato
puntiforme)
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
5
Dimensioni del mondo microscopico
Taglia di un nucleo: ∼ 10−15 [m]
Taglia di un nucleone (= protone/neutrone): ∼ 10−15 [m]
10−15 = 0.000000000000001
“Taglia” di un elettrone: inferiore a ∼ 10−18 [m] (considerato
puntiforme)
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idee di base Dimensioni
5
Atomi
6
(
Nucleo : carica +,
Atomo −→
Elettroni : carica −
elettrone
nucleo
La massa dell’atomo è concentrata sul nucleo.
La forza tra il nucleo e gli elettroni – ossia l’interazione – è
elettromagnetica, la cui origine è la carica elettrica del nucleo e
degli elettroni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Atomi
6
(
Nucleo : carica +,
Atomo −→
Elettroni : carica −
elettrone
nucleo
La massa dell’atomo è concentrata sul nucleo.
La forza tra il nucleo e gli elettroni – ossia l’interazione – è
elettromagnetica, la cui origine è la carica elettrica del nucleo e
degli elettroni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Nuclei
7
(
Protoni : carica +,
Nucleo −→
Neutroni : carica 0
neutrone
nucleo
protone
La forza tra protoni e neutroni è chiamata forza nucleare forte,
ha una portata molto piccola ma è molto intensa, cosı̀ da dominare
la repulsione elettrica tra i protoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Nuclei
7
(
Protoni : carica +,
Nucleo −→
Neutroni : carica 0
neutrone
nucleo
protone
La forza tra protoni e neutroni è chiamata forza nucleare forte,
ha una portata molto piccola ma è molto intensa, cosı̀ da dominare
la repulsione elettrica tra i protoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Altre particelle
8
Agli inizi del 1900 è postulata l’esistenza di una particella “di luce”:
il fotone, la sua conferma sperimentale arriva tra il 1916 e 1923.
A partire dagli anni 30 è stata ipotizzata l’esistenza di altre
particelle oltre agli elettroni, i protoni e i neutroni e vi è stata poi
la loro scoperta sperimentale; parallelamente sono pure state
scoperte altre particelle inattese. Ecco alcuni esempi:
Neutrini: particelle postulate per spiegare un’apparente
violazione della conservazione dell’energia in alcuni processi di
disintegrazione nucleare.
Pioni: particelle introdotta sul piano teorico da Yukawa nel
quadro della forza nucleare forte.
Muone µ: particella simile all’elettrone, scoperta nel 1936 e
inizialmente confusa con il pione di Yukawa.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Altre particelle
8
Agli inizi del 1900 è postulata l’esistenza di una particella “di luce”:
il fotone, la sua conferma sperimentale arriva tra il 1916 e 1923.
A partire dagli anni 30 è stata ipotizzata l’esistenza di altre
particelle oltre agli elettroni, i protoni e i neutroni e vi è stata poi
la loro scoperta sperimentale; parallelamente sono pure state
scoperte altre particelle inattese. Ecco alcuni esempi:
Neutrini: particelle postulate per spiegare un’apparente
violazione della conservazione dell’energia in alcuni processi di
disintegrazione nucleare.
Pioni: particelle introdotta sul piano teorico da Yukawa nel
quadro della forza nucleare forte.
Muone µ: particella simile all’elettrone, scoperta nel 1936 e
inizialmente confusa con il pione di Yukawa.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Altre particelle
8
Agli inizi del 1900 è postulata l’esistenza di una particella “di luce”:
il fotone, la sua conferma sperimentale arriva tra il 1916 e 1923.
A partire dagli anni 30 è stata ipotizzata l’esistenza di altre
particelle oltre agli elettroni, i protoni e i neutroni e vi è stata poi
la loro scoperta sperimentale; parallelamente sono pure state
scoperte altre particelle inattese. Ecco alcuni esempi:
Neutrini: particelle postulate per spiegare un’apparente
violazione della conservazione dell’energia in alcuni processi di
disintegrazione nucleare.
Pioni: particelle introdotta sul piano teorico da Yukawa nel
quadro della forza nucleare forte.
Muone µ: particella simile all’elettrone, scoperta nel 1936 e
inizialmente confusa con il pione di Yukawa.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Altre particelle
8
Agli inizi del 1900 è postulata l’esistenza di una particella “di luce”:
il fotone, la sua conferma sperimentale arriva tra il 1916 e 1923.
A partire dagli anni 30 è stata ipotizzata l’esistenza di altre
particelle oltre agli elettroni, i protoni e i neutroni e vi è stata poi
la loro scoperta sperimentale; parallelamente sono pure state
scoperte altre particelle inattese. Ecco alcuni esempi:
Neutrini: particelle postulate per spiegare un’apparente
violazione della conservazione dell’energia in alcuni processi di
disintegrazione nucleare.
Pioni: particelle introdotta sul piano teorico da Yukawa nel
quadro della forza nucleare forte.
Muone µ: particella simile all’elettrone, scoperta nel 1936 e
inizialmente confusa con il pione di Yukawa.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Altre particelle
8
Agli inizi del 1900 è postulata l’esistenza di una particella “di luce”:
il fotone, la sua conferma sperimentale arriva tra il 1916 e 1923.
A partire dagli anni 30 è stata ipotizzata l’esistenza di altre
particelle oltre agli elettroni, i protoni e i neutroni e vi è stata poi
la loro scoperta sperimentale; parallelamente sono pure state
scoperte altre particelle inattese. Ecco alcuni esempi:
Neutrini: particelle postulate per spiegare un’apparente
violazione della conservazione dell’energia in alcuni processi di
disintegrazione nucleare.
Pioni: particelle introdotta sul piano teorico da Yukawa nel
quadro della forza nucleare forte.
Muone µ: particella simile all’elettrone, scoperta nel 1936 e
inizialmente confusa con il pione di Yukawa.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Atomi Nuclei Nuove particelle
Particelle elementari: proprietà fondamentali
9
Quark e leptoni sono le due “famiglie” di particelle elementari che
formano i mattoni di base per la costruzione di tutte le altre
particelle, queste particelle hanno delle proprietà fondamentali:
la massa M (in [M eV ]/c2 ),
la carica elettrica Qe (in [C]),
lo spin che in un imagine classica indica il senso di rotazione
su se stessa della particella
z
spin su
spin giù
Abbiamo due possibilità che vengono chiamate
spin su (o spin Sz = + 12 ),
spin giù (o spin Sz = − 12 ) .
In tutti i casi si dice che si ha uno spin S =
ha le due possibilità su e giù.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
1
2
e la particella
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
9
Quark e leptoni sono le due “famiglie” di particelle elementari che
formano i mattoni di base per la costruzione di tutte le altre
particelle, queste particelle hanno delle proprietà fondamentali:
la massa M (in [M eV ]/c2 ),
la carica elettrica Qe (in [C]),
lo spin che in un imagine classica indica il senso di rotazione
su se stessa della particella
z
spin su
spin giù
Abbiamo due possibilità che vengono chiamate
spin su (o spin Sz = + 12 ),
spin giù (o spin Sz = − 12 ) .
In tutti i casi si dice che si ha uno spin S =
ha le due possibilità su e giù.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
1
2
e la particella
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
9
Quark e leptoni sono le due “famiglie” di particelle elementari che
formano i mattoni di base per la costruzione di tutte le altre
particelle, queste particelle hanno delle proprietà fondamentali:
la massa M (in [M eV ]/c2 ),
la carica elettrica Qe (in [C]),
lo spin che in un imagine classica indica il senso di rotazione
su se stessa della particella
z
spin su
spin giù
Abbiamo due possibilità che vengono chiamate
spin su (o spin Sz = + 12 ),
spin giù (o spin Sz = − 12 ) .
In tutti i casi si dice che si ha uno spin S =
ha le due possibilità su e giù.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
1
2
e la particella
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
9
Quark e leptoni sono le due “famiglie” di particelle elementari che
formano i mattoni di base per la costruzione di tutte le altre
particelle, queste particelle hanno delle proprietà fondamentali:
la massa M (in [M eV ]/c2 ),
la carica elettrica Qe (in [C]),
lo spin che in un imagine classica indica il senso di rotazione
su se stessa della particella
z
spin su
spin giù
Abbiamo due possibilità che vengono chiamate
spin su (o spin Sz = + 12 ),
spin giù (o spin Sz = − 12 ) .
In tutti i casi si dice che si ha uno spin S =
ha le due possibilità su e giù.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
1
2
e la particella
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
9
Quark e leptoni sono le due “famiglie” di particelle elementari che
formano i mattoni di base per la costruzione di tutte le altre
particelle, queste particelle hanno delle proprietà fondamentali:
la massa M (in [M eV ]/c2 ),
la carica elettrica Qe (in [C]),
lo spin che in un imagine classica indica il senso di rotazione
su se stessa della particella
z
spin su
spin giù
Abbiamo due possibilità che vengono chiamate
spin su (o spin Sz = + 12 ),
spin giù (o spin Sz = − 12 ) .
In tutti i casi si dice che si ha uno spin S =
ha le due possibilità su e giù.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
1
2
e la particella
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
10
Vi sono poi altre proprietà intrinseche più “esotiche” quali ad
esempio:
il numero leptonico L (per i leptoni),
il numero barionico B (per i quark),
il colore (per i quark).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
10
Vi sono poi altre proprietà intrinseche più “esotiche” quali ad
esempio:
il numero leptonico L (per i leptoni),
il numero barionico B (per i quark),
il colore (per i quark).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
10
Vi sono poi altre proprietà intrinseche più “esotiche” quali ad
esempio:
il numero leptonico L (per i leptoni),
il numero barionico B (per i quark),
il colore (per i quark).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Particelle elementari: proprietà fondamentali
10
Vi sono poi altre proprietà intrinseche più “esotiche” quali ad
esempio:
il numero leptonico L (per i leptoni),
il numero barionico B (per i quark),
il colore (per i quark).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Antimateria
11
Nel Modello Standard, la teoria delle particelle elementari più
accettata ai giorni nostri, per ogni particella p esiste una particella
di antimateria (=antiparticella) notata sovente p̄ o con il segno
della carica elettrica opposto. Le caratteristiche dell’antimateria
sono molto simili a quelle della materia, in altre parole
l’antimateria non ha nulla di particolarmente strano.
Ecco un esempio:
particella: elettrone
e−
M = 0.51
Qe = −1
S=
1
2
L = +1
Qe = +1
S=
1
2
L = −1
antiparticella: positrone
e+
M = 0.51
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Antimateria
11
Nel Modello Standard, la teoria delle particelle elementari più
accettata ai giorni nostri, per ogni particella p esiste una particella
di antimateria (=antiparticella) notata sovente p̄ o con il segno
della carica elettrica opposto. Le caratteristiche dell’antimateria
sono molto simili a quelle della materia, in altre parole
l’antimateria non ha nulla di particolarmente strano.
Ecco un esempio:
particella: elettrone
e−
M = 0.51
Qe = −1
S=
1
2
L = +1
Qe = +1
S=
1
2
L = −1
antiparticella: positrone
e+
M = 0.51
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Antimateria
11
Nel Modello Standard, la teoria delle particelle elementari più
accettata ai giorni nostri, per ogni particella p esiste una particella
di antimateria (=antiparticella) notata sovente p̄ o con il segno
della carica elettrica opposto. Le caratteristiche dell’antimateria
sono molto simili a quelle della materia, in altre parole
l’antimateria non ha nulla di particolarmente strano.
Ecco un esempio:
particella: elettrone
e−
M = 0.51
Qe = −1
S=
1
2
L = +1
Qe = +1
S=
1
2
L = −1
antiparticella: positrone
e+
M = 0.51
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Quark
12
I quark sono classificati come segue
quark
simbolo
Qe
S
B
down
d
up
u
strange
s
charm
c
bottom
b
top
t
− 13
+ 23
− 13
+ 23
− 13
+ 23
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
3
1
3
1
3
1
3
1
3
1
3
per un totale di 6 quark.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Anti–quark
13
Ad ogni quark è associato un anti–quark,
anti–quark
simbolo
Qe
S
B
anti–down
d̄
ū
anti–strange
s̄
anti–charm
c̄
anti–bottom
b̄
anti–top
t̄
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
− 13
anti–up
+ 31
− 32
+ 31
− 32
+ 31
− 32
− 13
− 13
− 13
− 13
− 13
per un totale di 6 anti–quark.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Leptoni
14
I leptoni sono classificati come segue
leptone
simbolo
Qe
S
L
elettrone
e−
−1
1
neutrino elettronico
νe
0
muone
µ−
−1
neutrino muonico
νµ
0
tau
τ−
−1
neutrino tauonico
ντ
0
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
1
per un totale di 6 leptoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Anti–leptoni
15
Ad ogni leptone è associato un anti–leptone,
leptone
simbolo
Qe
S
L
positrone
e+
+1
−1
anti–neutrino elettronico
ν̄e
0
anti–muone
µ+
+1
anti–neutrino muonico
ν̄µ
0
anti–tau
τ+
+1
anti–neutrino tauonico
ν̄τ
0
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
−1
−1
−1
−1
−1
per un totale di 6 anti–leptoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Barioni
16
I barioni sono particelle composte da tre quark
qqq
mentre gli anti–barioni sono particelle composte da tre anti–quark
q̄q̄q̄ .
Ecco alcuni esempi:
•
•
•
•
•
•
protone
neutrone
lambda
lambda c +
omega −
antiprotone
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
p = uud
n = udd
Λ = uds
Λ+
c = udc
Ω− = sss
p̄ = ūūd̄
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Barioni
16
I barioni sono particelle composte da tre quark
qqq
mentre gli anti–barioni sono particelle composte da tre anti–quark
q̄q̄q̄ .
Ecco alcuni esempi:
•
•
•
•
•
•
protone
neutrone
lambda
lambda c +
omega −
antiprotone
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
p = uud
n = udd
Λ = uds
Λ+
c = udc
Ω− = sss
p̄ = ūūd̄
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Mesoni
17
I mesoni sono particelle composte da un quark ed un anti–quark
qq̄
Ecco alcuni esempi:
•
•
•
•
•
•
•
pione +
pione 0
pione −
kaone +
kaone 0
charmonium
upsilon
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
π + = ud̄
π 0 = uū
π − = dū
K+ =us̄
K0 =ds̄
J/Ψ = cc̄
Υ = bb̄
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Mesoni
17
I mesoni sono particelle composte da un quark ed un anti–quark
qq̄
Ecco alcuni esempi:
•
•
•
•
•
•
•
pione +
pione 0
pione −
kaone +
kaone 0
charmonium
upsilon
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
π + = ud̄
π 0 = uū
π − = dū
K+ =us̄
K0 =ds̄
J/Ψ = cc̄
Υ = bb̄
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
18
Un principio fondamentale della fisica, noto come Principio di
esclusione di Pauli, afferma che, se una particella A è composta
da altre particelle di spin S = 21 allora A non può contenere
particelle identiche in tutte le sue caratteristiche.
Applichiamo questa idea ai quark (o anti–quark):
protone: p = uud, è possibile avere due quark up?
Sı̀, a condizione che i due quark up hanno spin opposto; uno
Sz = + 21 l’altro Sz = − 12 cosı̀ da risultare non identici.
omega −: Ω− = sss, è possibile avere tre quark strange?
Non possiamo più utilizzare l’idea precedente, infatti avremo
comunque due quark strange con lo stesso spin ⇒ problema!
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
18
Un principio fondamentale della fisica, noto come Principio di
esclusione di Pauli, afferma che, se una particella A è composta
da altre particelle di spin S = 21 allora A non può contenere
particelle identiche in tutte le sue caratteristiche.
Applichiamo questa idea ai quark (o anti–quark):
protone: p = uud, è possibile avere due quark up?
Sı̀, a condizione che i due quark up hanno spin opposto; uno
Sz = + 21 l’altro Sz = − 12 cosı̀ da risultare non identici.
omega −: Ω− = sss, è possibile avere tre quark strange?
Non possiamo più utilizzare l’idea precedente, infatti avremo
comunque due quark strange con lo stesso spin ⇒ problema!
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
18
Un principio fondamentale della fisica, noto come Principio di
esclusione di Pauli, afferma che, se una particella A è composta
da altre particelle di spin S = 21 allora A non può contenere
particelle identiche in tutte le sue caratteristiche.
Applichiamo questa idea ai quark (o anti–quark):
protone: p = uud, è possibile avere due quark up?
Sı̀, a condizione che i due quark up hanno spin opposto; uno
Sz = + 21 l’altro Sz = − 12 cosı̀ da risultare non identici.
omega −: Ω− = sss, è possibile avere tre quark strange?
Non possiamo più utilizzare l’idea precedente, infatti avremo
comunque due quark strange con lo stesso spin ⇒ problema!
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
18
Un principio fondamentale della fisica, noto come Principio di
esclusione di Pauli, afferma che, se una particella A è composta
da altre particelle di spin S = 21 allora A non può contenere
particelle identiche in tutte le sue caratteristiche.
Applichiamo questa idea ai quark (o anti–quark):
protone: p = uud, è possibile avere due quark up?
Sı̀, a condizione che i due quark up hanno spin opposto; uno
Sz = + 21 l’altro Sz = − 12 cosı̀ da risultare non identici.
omega −: Ω− = sss, è possibile avere tre quark strange?
Non possiamo più utilizzare l’idea precedente, infatti avremo
comunque due quark strange con lo stesso spin ⇒ problema!
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
18
Un principio fondamentale della fisica, noto come Principio di
esclusione di Pauli, afferma che, se una particella A è composta
da altre particelle di spin S = 21 allora A non può contenere
particelle identiche in tutte le sue caratteristiche.
Applichiamo questa idea ai quark (o anti–quark):
protone: p = uud, è possibile avere due quark up?
Sı̀, a condizione che i due quark up hanno spin opposto; uno
Sz = + 21 l’altro Sz = − 12 cosı̀ da risultare non identici.
omega −: Ω− = sss, è possibile avere tre quark strange?
Non possiamo più utilizzare l’idea precedente, infatti avremo
comunque due quark strange con lo stesso spin ⇒ problema!
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
18
Un principio fondamentale della fisica, noto come Principio di
esclusione di Pauli, afferma che, se una particella A è composta
da altre particelle di spin S = 21 allora A non può contenere
particelle identiche in tutte le sue caratteristiche.
Applichiamo questa idea ai quark (o anti–quark):
protone: p = uud, è possibile avere due quark up?
Sı̀, a condizione che i due quark up hanno spin opposto; uno
Sz = + 21 l’altro Sz = − 12 cosı̀ da risultare non identici.
omega −: Ω− = sss, è possibile avere tre quark strange?
Non possiamo più utilizzare l’idea precedente, infatti avremo
comunque due quark strange con lo stesso spin ⇒ problema!
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
19
Per regolare questo problema si introduce una nuova proprietà dei
quark, chiamata carica di colore (o colore) Qc , essa può assumere
tre diversi valori
Qc = r = rosso,
Qc = v = verde,
Qc = b = blu .
I 6 tipi di quark sono detti sapori e per ogni sapore abbiamo tre
possibili colori cosı̀ da moltiplicare per 3 il numero di quark (e di
anti–quark).
Una proprietà importante del colore è che le particelle composte da
quark e/o anti–quark devono essere di colore bianco, dove valgono
le regole
r + v + b = r̄ + v̄ + b̄ = bianco
r + r̄ = v + v̄ = b + b̄ = bianco
Le sole possibilità per bianco sono qqq, q̄q̄q̄ e qq̄.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
19
Per regolare questo problema si introduce una nuova proprietà dei
quark, chiamata carica di colore (o colore) Qc , essa può assumere
tre diversi valori
Qc = r = rosso,
Qc = v = verde,
Qc = b = blu .
I 6 tipi di quark sono detti sapori e per ogni sapore abbiamo tre
possibili colori cosı̀ da moltiplicare per 3 il numero di quark (e di
anti–quark).
Una proprietà importante del colore è che le particelle composte da
quark e/o anti–quark devono essere di colore bianco, dove valgono
le regole
r + v + b = r̄ + v̄ + b̄ = bianco
r + r̄ = v + v̄ = b + b̄ = bianco
Le sole possibilità per bianco sono qqq, q̄q̄q̄ e qq̄.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
19
Per regolare questo problema si introduce una nuova proprietà dei
quark, chiamata carica di colore (o colore) Qc , essa può assumere
tre diversi valori
Qc = r = rosso,
Qc = v = verde,
Qc = b = blu .
I 6 tipi di quark sono detti sapori e per ogni sapore abbiamo tre
possibili colori cosı̀ da moltiplicare per 3 il numero di quark (e di
anti–quark).
Una proprietà importante del colore è che le particelle composte da
quark e/o anti–quark devono essere di colore bianco, dove valgono
le regole
r + v + b = r̄ + v̄ + b̄ = bianco
r + r̄ = v + v̄ = b + b̄ = bianco
Le sole possibilità per bianco sono qqq, q̄q̄q̄ e qq̄.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Colore e sapore dei quark
19
Per regolare questo problema si introduce una nuova proprietà dei
quark, chiamata carica di colore (o colore) Qc , essa può assumere
tre diversi valori
Qc = r = rosso,
Qc = v = verde,
Qc = b = blu .
I 6 tipi di quark sono detti sapori e per ogni sapore abbiamo tre
possibili colori cosı̀ da moltiplicare per 3 il numero di quark (e di
anti–quark).
Una proprietà importante del colore è che le particelle composte da
quark e/o anti–quark devono essere di colore bianco, dove valgono
le regole
r + v + b = r̄ + v̄ + b̄ = bianco
r + r̄ = v + v̄ = b + b̄ = bianco
Le sole possibilità per bianco sono qqq, q̄q̄q̄ e qq̄.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Prop Antimateria Quark e leptoni Barioni e mesoni Colore
Come produrre particelle
20
Metodi semplici:
Elettroni: scaldando un metallo e accelerandoli con un
campo elettrico,
Protoni: ionizzazione dell’idrogeno (ma anche semplicemente
H2 come bersaglio)
Raggi cosmici:
Particelle che arrivano dallo spazio (principalmente protoni)
che urtano gli atomi nell’atmosfera e producono altre
particelle (principalmente muoni – detti muoni cosmici).
Reazioni nucleari:
Nuclei radioattivi che si disintegrano emettendo neutroni,
neutrini, raggi alfa (=particelle α), raggi beta (= elettroni,
positroni), raggi gamma (= fotoni).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
20
Metodi semplici:
Elettroni: scaldando un metallo e accelerandoli con un
campo elettrico,
Protoni: ionizzazione dell’idrogeno (ma anche semplicemente
H2 come bersaglio)
Raggi cosmici:
Particelle che arrivano dallo spazio (principalmente protoni)
che urtano gli atomi nell’atmosfera e producono altre
particelle (principalmente muoni – detti muoni cosmici).
Reazioni nucleari:
Nuclei radioattivi che si disintegrano emettendo neutroni,
neutrini, raggi alfa (=particelle α), raggi beta (= elettroni,
positroni), raggi gamma (= fotoni).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
20
Metodi semplici:
Elettroni: scaldando un metallo e accelerandoli con un
campo elettrico,
Protoni: ionizzazione dell’idrogeno (ma anche semplicemente
H2 come bersaglio)
Raggi cosmici:
Particelle che arrivano dallo spazio (principalmente protoni)
che urtano gli atomi nell’atmosfera e producono altre
particelle (principalmente muoni – detti muoni cosmici).
Reazioni nucleari:
Nuclei radioattivi che si disintegrano emettendo neutroni,
neutrini, raggi alfa (=particelle α), raggi beta (= elettroni,
positroni), raggi gamma (= fotoni).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
21
Acceleratori di particelle:
Idea: si fanno collidere particelle per crearne delle nuove,
che a loro volta possono collidere con altre eccetera; si isolano
poi le particelle interessanti.
Le particelle stabili possono essere stockate in grandi anelli e
utilizzate al momento opportuno.
Modalità BF: si accelerano elettroni o protoni che si fanno
collidere su un bersaglio fisso.
Modalità CF: si accelerano elettroni (o protoni) e positroni (o
anti–protoni) in un anello circolare provvisto di un campo
magnetico, e si fanno scontrare in una collisione frontale.
Più è alta la massa delle particelle cercate maggiore è l’energia
necessaria.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
21
Acceleratori di particelle:
Idea: si fanno collidere particelle per crearne delle nuove,
che a loro volta possono collidere con altre eccetera; si isolano
poi le particelle interessanti.
Le particelle stabili possono essere stockate in grandi anelli e
utilizzate al momento opportuno.
Modalità BF: si accelerano elettroni o protoni che si fanno
collidere su un bersaglio fisso.
Modalità CF: si accelerano elettroni (o protoni) e positroni (o
anti–protoni) in un anello circolare provvisto di un campo
magnetico, e si fanno scontrare in una collisione frontale.
Più è alta la massa delle particelle cercate maggiore è l’energia
necessaria.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
21
Acceleratori di particelle:
Idea: si fanno collidere particelle per crearne delle nuove,
che a loro volta possono collidere con altre eccetera; si isolano
poi le particelle interessanti.
Le particelle stabili possono essere stockate in grandi anelli e
utilizzate al momento opportuno.
Modalità BF: si accelerano elettroni o protoni che si fanno
collidere su un bersaglio fisso.
Modalità CF: si accelerano elettroni (o protoni) e positroni (o
anti–protoni) in un anello circolare provvisto di un campo
magnetico, e si fanno scontrare in una collisione frontale.
Più è alta la massa delle particelle cercate maggiore è l’energia
necessaria.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
21
Acceleratori di particelle:
Idea: si fanno collidere particelle per crearne delle nuove,
che a loro volta possono collidere con altre eccetera; si isolano
poi le particelle interessanti.
Le particelle stabili possono essere stockate in grandi anelli e
utilizzate al momento opportuno.
Modalità BF: si accelerano elettroni o protoni che si fanno
collidere su un bersaglio fisso.
Modalità CF: si accelerano elettroni (o protoni) e positroni (o
anti–protoni) in un anello circolare provvisto di un campo
magnetico, e si fanno scontrare in una collisione frontale.
Più è alta la massa delle particelle cercate maggiore è l’energia
necessaria.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
21
Acceleratori di particelle:
Idea: si fanno collidere particelle per crearne delle nuove,
che a loro volta possono collidere con altre eccetera; si isolano
poi le particelle interessanti.
Le particelle stabili possono essere stockate in grandi anelli e
utilizzate al momento opportuno.
Modalità BF: si accelerano elettroni o protoni che si fanno
collidere su un bersaglio fisso.
Modalità CF: si accelerano elettroni (o protoni) e positroni (o
anti–protoni) in un anello circolare provvisto di un campo
magnetico, e si fanno scontrare in una collisione frontale.
Più è alta la massa delle particelle cercate maggiore è l’energia
necessaria.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
21
Acceleratori di particelle:
Idea: si fanno collidere particelle per crearne delle nuove,
che a loro volta possono collidere con altre eccetera; si isolano
poi le particelle interessanti.
Le particelle stabili possono essere stockate in grandi anelli e
utilizzate al momento opportuno.
Modalità BF: si accelerano elettroni o protoni che si fanno
collidere su un bersaglio fisso.
Modalità CF: si accelerano elettroni (o protoni) e positroni (o
anti–protoni) in un anello circolare provvisto di un campo
magnetico, e si fanno scontrare in una collisione frontale.
Più è alta la massa delle particelle cercate maggiore è l’energia
necessaria.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
22
Centre Européen Recherche Nucléaire (CERN), Ginevra
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come produrre particelle
23
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), California
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
24
Vi sono diversi detettori di particelle, le idee principali sono le
seguenti:
le particelle cariche con alta energia ionizzano/eccitano gli
atomi che si trovano sul loro percorso, questi ioni/atomi
eccitati generano effetti che permettono di “vedere” il
passaggio delle particelle,
i detettori sono sovente messi tra due magneti, poiché il
comportamento delle particelle cariche in un campo
magnetico dipende dalla loro energia cinetica e dalla loro
carica elettrica,
le particelle neutre sono ricostruite grazie alle tracce lasciate
dalle particelle cariche e utilizzando la conservazione della
quantità di moto e dell’energia ad ogni vertice nelle traiettorie
delle particelle cariche.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
24
Vi sono diversi detettori di particelle, le idee principali sono le
seguenti:
le particelle cariche con alta energia ionizzano/eccitano gli
atomi che si trovano sul loro percorso, questi ioni/atomi
eccitati generano effetti che permettono di “vedere” il
passaggio delle particelle,
i detettori sono sovente messi tra due magneti, poiché il
comportamento delle particelle cariche in un campo
magnetico dipende dalla loro energia cinetica e dalla loro
carica elettrica,
le particelle neutre sono ricostruite grazie alle tracce lasciate
dalle particelle cariche e utilizzando la conservazione della
quantità di moto e dell’energia ad ogni vertice nelle traiettorie
delle particelle cariche.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
24
Vi sono diversi detettori di particelle, le idee principali sono le
seguenti:
le particelle cariche con alta energia ionizzano/eccitano gli
atomi che si trovano sul loro percorso, questi ioni/atomi
eccitati generano effetti che permettono di “vedere” il
passaggio delle particelle,
i detettori sono sovente messi tra due magneti, poiché il
comportamento delle particelle cariche in un campo
magnetico dipende dalla loro energia cinetica e dalla loro
carica elettrica,
le particelle neutre sono ricostruite grazie alle tracce lasciate
dalle particelle cariche e utilizzando la conservazione della
quantità di moto e dell’energia ad ogni vertice nelle traiettorie
delle particelle cariche.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
24
Vi sono diversi detettori di particelle, le idee principali sono le
seguenti:
le particelle cariche con alta energia ionizzano/eccitano gli
atomi che si trovano sul loro percorso, questi ioni/atomi
eccitati generano effetti che permettono di “vedere” il
passaggio delle particelle,
i detettori sono sovente messi tra due magneti, poiché il
comportamento delle particelle cariche in un campo
magnetico dipende dalla loro energia cinetica e dalla loro
carica elettrica,
le particelle neutre sono ricostruite grazie alle tracce lasciate
dalle particelle cariche e utilizzando la conservazione della
quantità di moto e dell’energia ad ogni vertice nelle traiettorie
delle particelle cariche.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
25
Detezione del positrone (1932)
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
26
Decadimento π − −→ µ− + ν̄µ
seguito da µ− −→ e− + ν¯e + νµ .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
Come “vedere” particelle
27
La scoperta della particella Ω−
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Produrre di particelle Vedere di particelle
L’interazione tra particelle
28
Sviluppo dell’idea classica:
Newton/Coulomb (1665/1785): Se A e B non si toccano ma
hanno un’influsso reciproco, si parla di forza (o interazione)
a distanza.
Esempio: attrazione elettrica tra oggetti di carica opposta:
Qe > 0
Qe < 0
Faraday (1850): B crea un campo e A subisce il suo effetto, il
campo diventa l’intermediario dell’interazione.
~ che a sua
Esempio: una carica crea un campo elettrico E
volta influisce su una seconda carica:
~
E
Qe > 0
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione tra particelle
28
Sviluppo dell’idea classica:
Newton/Coulomb (1665/1785): Se A e B non si toccano ma
hanno un’influsso reciproco, si parla di forza (o interazione)
a distanza.
Esempio: attrazione elettrica tra oggetti di carica opposta:
Qe > 0
Qe < 0
Faraday (1850): B crea un campo e A subisce il suo effetto, il
campo diventa l’intermediario dell’interazione.
~ che a sua
Esempio: una carica crea un campo elettrico E
volta influisce su una seconda carica:
~
E
Qe > 0
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione tra particelle
28
Sviluppo dell’idea classica:
Newton/Coulomb (1665/1785): Se A e B non si toccano ma
hanno un’influsso reciproco, si parla di forza (o interazione)
a distanza.
Esempio: attrazione elettrica tra oggetti di carica opposta:
Qe > 0
Qe < 0
Faraday (1850): B crea un campo e A subisce il suo effetto, il
campo diventa l’intermediario dell’interazione.
~ che a sua
Esempio: una carica crea un campo elettrico E
volta influisce su una seconda carica:
~
E
Qe > 0
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione tra particelle
29
Nella teoria moderna (visione quantistica) l’idea di campo è
sostituita da un insieme di particelle che si propagano nello spazio:
l’interazione avviene attraverso lo scambio di particelle: le
particelle mediatrici della forza.
Esempio: l’interazione tra elettroni avviene tramite lo scambio di
fotoni poiché il campo elettrico (da un punto di vista quantistico)
è composto da fotoni
t
γ
e−
γ
e−
γ
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione tra particelle
29
Nella teoria moderna (visione quantistica) l’idea di campo è
sostituita da un insieme di particelle che si propagano nello spazio:
l’interazione avviene attraverso lo scambio di particelle: le
particelle mediatrici della forza.
Esempio: l’interazione tra elettroni avviene tramite lo scambio di
fotoni poiché il campo elettrico (da un punto di vista quantistico)
è composto da fotoni
t
γ
e−
γ
e−
γ
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione elettromagnetica
30
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione elettromagnetica è la carica elettrica Qe :
Qe ⇐⇒ interazione elettromagnetica
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni
carichi, i quark e i bosoni vettori W± mediatori della forza
debole.
La particella mediatrice dell’interazione elettromagnetica è il
fotone γ.
Vi è un unico tipo di fotone.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione elettromagnetica
30
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione elettromagnetica è la carica elettrica Qe :
Qe ⇐⇒ interazione elettromagnetica
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni
carichi, i quark e i bosoni vettori W± mediatori della forza
debole.
La particella mediatrice dell’interazione elettromagnetica è il
fotone γ.
Vi è un unico tipo di fotone.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione elettromagnetica
30
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione elettromagnetica è la carica elettrica Qe :
Qe ⇐⇒ interazione elettromagnetica
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni
carichi, i quark e i bosoni vettori W± mediatori della forza
debole.
La particella mediatrice dell’interazione elettromagnetica è il
fotone γ.
Vi è un unico tipo di fotone.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione elettromagnetica
30
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione elettromagnetica è la carica elettrica Qe :
Qe ⇐⇒ interazione elettromagnetica
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni
carichi, i quark e i bosoni vettori W± mediatori della forza
debole.
La particella mediatrice dell’interazione elettromagnetica è il
fotone γ.
Vi è un unico tipo di fotone.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione elettromagnetica
31
Nella teoria quantistica dell’interazione EM, nota come
ElettroDinamica Quantistica QED, il meccanismo dell’interazione
è lo scambio di un fotone.
Nell’esempio le interazioni
e−
e− – e −
e−
e− – e +
e−
γ
e−
e+
γ
e−
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
e−
e+
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione elettromagnetica
31
Nella teoria quantistica dell’interazione EM, nota come
ElettroDinamica Quantistica QED, il meccanismo dell’interazione
è lo scambio di un fotone.
Nell’esempio le interazioni
e−
e− – e −
e−
e− – e +
e−
γ
e−
e+
γ
e−
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
e−
e+
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
32
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione nucleare forte è la carica di colore Qc :
Qc ⇐⇒ interazione nucleare forte
Le particelle soggette a questa interazione sono i quark e i
gluoni.
Le particelle mediatrici dell’interazione forte sono i
gluoni g(cc̄).
I gluoni sono bicolori del tipo cc̄; vi sono 8 tipi di gluoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
32
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione nucleare forte è la carica di colore Qc :
Qc ⇐⇒ interazione nucleare forte
Le particelle soggette a questa interazione sono i quark e i
gluoni.
Le particelle mediatrici dell’interazione forte sono i
gluoni g(cc̄).
I gluoni sono bicolori del tipo cc̄; vi sono 8 tipi di gluoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
32
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione nucleare forte è la carica di colore Qc :
Qc ⇐⇒ interazione nucleare forte
Le particelle soggette a questa interazione sono i quark e i
gluoni.
Le particelle mediatrici dell’interazione forte sono i
gluoni g(cc̄).
I gluoni sono bicolori del tipo cc̄; vi sono 8 tipi di gluoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
32
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione nucleare forte è la carica di colore Qc :
Qc ⇐⇒ interazione nucleare forte
Le particelle soggette a questa interazione sono i quark e i
gluoni.
Le particelle mediatrici dell’interazione forte sono i
gluoni g(cc̄).
I gluoni sono bicolori del tipo cc̄; vi sono 8 tipi di gluoni.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
33
Nella teoria quantistica dell’interazione forte, nota come
CromoDinamica Quantistica QCD, il meccanismo dell’interazione
è lo scambio di un gluone.
Nell’esempio l’interazione ub – dr con scambio di colore
ur
db
g(br̄)
ub
dr
Nell’interazione forte può cambiare il colore dei quark ma non
il loro sapore.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
33
Nella teoria quantistica dell’interazione forte, nota come
CromoDinamica Quantistica QCD, il meccanismo dell’interazione
è lo scambio di un gluone.
Nell’esempio l’interazione ub – dr con scambio di colore
ur
db
g(br̄)
ub
dr
Nell’interazione forte può cambiare il colore dei quark ma non
il loro sapore.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare forte
33
Nella teoria quantistica dell’interazione forte, nota come
CromoDinamica Quantistica QCD, il meccanismo dell’interazione
è lo scambio di un gluone.
Nell’esempio l’interazione ub – dr con scambio di colore
ur
db
g(br̄)
ub
dr
Nell’interazione forte può cambiare il colore dei quark ma non
il loro sapore.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Il modello di Yukawa
34
Nel 1935 Yukawa propone il seguente meccanismo per
l’interazione forte tra protoni e neutroni nel nucleo: l’interazione si
svolge mediante uno scambio di un mesone π in una delle seguenti
modalità
n
p
p(n)
π−
π+
p
n
p
n
n
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
p(n)
π0
p
p(n)
p(n)
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Modello di Yukawa e QCD
35
Oggi sappiamo che l’origine di questa interazione è riconducibile ad
uno scambio di colore tra quark, ossia all’interazione forte dovuta
alla carica di colore dei quark (QCD).
Ecco come si presenta lo scambio di un pione π 0 = uū tra due
protoni p = uud, in termini di quark e gluoni (QCD)
dv
ub
ur
ur
ub
dv
ub
ūb̄
db
ur
uv
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
uv
ur
db
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Confinamento dei quark
36
Fino ad ora non si sono mai visti quark liberi, ma sempre in uno
stato legato all’interno degli adroni (=barioni + mesoni).
Si pensa che sia dovuto al seguente meccanismo:
l’interazione nucleare forte, quasi nulla a cortissima distanza,
aumenta d’intensità all’aumentare della distanza tra i quark,
da cui l’energia d’interazione cresce,
se cresce a sufficienza si crea una coppia qq̄,
e si ottiene cosı̀ un barione ed un mesone o due mesoni.
p
u
d̄
u
u
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
d
d
u
d
u
d
u
u
d
n
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Confinamento dei quark
36
Fino ad ora non si sono mai visti quark liberi, ma sempre in uno
stato legato all’interno degli adroni (=barioni + mesoni).
Si pensa che sia dovuto al seguente meccanismo:
l’interazione nucleare forte, quasi nulla a cortissima distanza,
aumenta d’intensità all’aumentare della distanza tra i quark,
da cui l’energia d’interazione cresce,
se cresce a sufficienza si crea una coppia qq̄,
e si ottiene cosı̀ un barione ed un mesone o due mesoni.
p
u
d̄
u
u
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
d
d
u
d
u
d
u
u
d
n
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Confinamento dei quark
36
Fino ad ora non si sono mai visti quark liberi, ma sempre in uno
stato legato all’interno degli adroni (=barioni + mesoni).
Si pensa che sia dovuto al seguente meccanismo:
l’interazione nucleare forte, quasi nulla a cortissima distanza,
aumenta d’intensità all’aumentare della distanza tra i quark,
da cui l’energia d’interazione cresce,
se cresce a sufficienza si crea una coppia qq̄,
e si ottiene cosı̀ un barione ed un mesone o due mesoni.
p
u
d̄
u
u
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
d
d
u
d
u
d
u
u
d
n
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Confinamento dei quark
36
Fino ad ora non si sono mai visti quark liberi, ma sempre in uno
stato legato all’interno degli adroni (=barioni + mesoni).
Si pensa che sia dovuto al seguente meccanismo:
l’interazione nucleare forte, quasi nulla a cortissima distanza,
aumenta d’intensità all’aumentare della distanza tra i quark,
da cui l’energia d’interazione cresce,
se cresce a sufficienza si crea una coppia qq̄,
e si ottiene cosı̀ un barione ed un mesone o due mesoni.
p
u
d̄
u
u
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
d
d
u
d
u
d
u
u
d
n
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Confinamento dei quark
36
Fino ad ora non si sono mai visti quark liberi, ma sempre in uno
stato legato all’interno degli adroni (=barioni + mesoni).
Si pensa che sia dovuto al seguente meccanismo:
l’interazione nucleare forte, quasi nulla a cortissima distanza,
aumenta d’intensità all’aumentare della distanza tra i quark,
da cui l’energia d’interazione cresce,
se cresce a sufficienza si crea una coppia qq̄,
e si ottiene cosı̀ un barione ed un mesone o due mesoni.
p
u
d̄
u
u
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
d
d
u
d
u
d
u
u
d
n
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Confinamento dei quark
36
Fino ad ora non si sono mai visti quark liberi, ma sempre in uno
stato legato all’interno degli adroni (=barioni + mesoni).
Si pensa che sia dovuto al seguente meccanismo:
l’interazione nucleare forte, quasi nulla a cortissima distanza,
aumenta d’intensità all’aumentare della distanza tra i quark,
da cui l’energia d’interazione cresce,
se cresce a sufficienza si crea una coppia qq̄,
e si ottiene cosı̀ un barione ed un mesone o due mesoni.
p
u
d̄
u
u
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
d
d
u
d
u
d
u
u
d
n
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare debole
37
Per l’interazione nucleare debole non vi è una caratteristica
intrinseca delle particelle alla sua origine, ma vi sono due tipi
di interazione debole:
(
carica (mediatore carico el.)
interazione nucleare debole =⇒
neutra (mediatore neutro el.)
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni e i
quark e i bosoni vettori W± e Z0 .
Le particelle mediatrici dell’interazione debole sono i
bosoni vettori.
Vi sono tre tipi bosoni vettori:
W+ , W− (carichi el.) e Z0 (neutro el.).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare debole
37
Per l’interazione nucleare debole non vi è una caratteristica
intrinseca delle particelle alla sua origine, ma vi sono due tipi
di interazione debole:
(
carica (mediatore carico el.)
interazione nucleare debole =⇒
neutra (mediatore neutro el.)
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni e i
quark e i bosoni vettori W± e Z0 .
Le particelle mediatrici dell’interazione debole sono i
bosoni vettori.
Vi sono tre tipi bosoni vettori:
W+ , W− (carichi el.) e Z0 (neutro el.).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare debole
37
Per l’interazione nucleare debole non vi è una caratteristica
intrinseca delle particelle alla sua origine, ma vi sono due tipi
di interazione debole:
(
carica (mediatore carico el.)
interazione nucleare debole =⇒
neutra (mediatore neutro el.)
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni e i
quark e i bosoni vettori W± e Z0 .
Le particelle mediatrici dell’interazione debole sono i
bosoni vettori.
Vi sono tre tipi bosoni vettori:
W+ , W− (carichi el.) e Z0 (neutro el.).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare debole
37
Per l’interazione nucleare debole non vi è una caratteristica
intrinseca delle particelle alla sua origine, ma vi sono due tipi
di interazione debole:
(
carica (mediatore carico el.)
interazione nucleare debole =⇒
neutra (mediatore neutro el.)
Le particelle soggette a questa interazione sono i leptoni e i
quark e i bosoni vettori W± e Z0 .
Le particelle mediatrici dell’interazione debole sono i
bosoni vettori.
Vi sono tre tipi bosoni vettori:
W+ , W− (carichi el.) e Z0 (neutro el.).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare debole
38
Nella teoria quantistica dell’interazione debole il meccanismo
dell’interazione è lo scambio di un bosone vettore.
Nell’esempio il decadimento del muone µ− −→ e− + νµ + ν̄e ,
la formazione del Z0 nella collisione e+ + e− → Z0 → µ+ + µ−
un decadimento del pione π + (ud̄) −→ µ+ + νµ .
µ−
νµ
ν̄e
µ+
νµ
µ+
e−
W−
µ−
Z0
e−
e+
W+
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’interazione nucleare debole
38
Nella teoria quantistica dell’interazione debole il meccanismo
dell’interazione è lo scambio di un bosone vettore.
Nell’esempio il decadimento del muone µ− −→ e− + νµ + ν̄e ,
la formazione del Z0 nella collisione e+ + e− → Z0 → µ+ + µ−
un decadimento del pione π + (ud̄) −→ µ+ + νµ .
µ−
νµ
ν̄e
µ+
νµ
µ+
e−
W−
µ−
Z0
e−
e+
W+
u
d̄
π+
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Il decadimento beta
39
Il decadimento beta è una delle seguenti trasformazioni nel
nucleo:
p −→ n + e+ + νe
⇐⇒
u −→ d + e+ + νe
n −→ p + e− + ν̄e
⇐⇒
d −→ u + e− + ν̄e
a livello di quark si ha un cambiamento del sapore, responsabile di
tale trasformazione è la forza nucleare debole.
n
p
u
d
ν̄e
u
e−
u
d
W−
u
d
u
d
n
e+
W+
u
d
νe
d
p
Nell’interazione debole può cambiare il sapore dei quark ma
non il loro colore.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Il decadimento beta
39
Il decadimento beta è una delle seguenti trasformazioni nel
nucleo:
p −→ n + e+ + νe
⇐⇒
u −→ d + e+ + νe
n −→ p + e− + ν̄e
⇐⇒
d −→ u + e− + ν̄e
a livello di quark si ha un cambiamento del sapore, responsabile di
tale trasformazione è la forza nucleare debole.
n
p
u
d
ν̄e
u
e−
u
d
W−
u
d
u
d
n
e+
W+
u
d
νe
d
p
Nell’interazione debole può cambiare il sapore dei quark ma
non il loro colore.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
I bosoni mediatori delle interazioni
40
I bosoni mediatori delle interazioni sono classificati come segue
interazione
mediatore
simbolo
Qe
S
nucleare debole
bosoni vettori
W± , Z 0
±1, 0
1
elettromagnetica
fotone
γ
0
1
nucleare forte
gluoni (8)
g
0
1
per un totale di 12 bosoni intermediari.
Da notare che negli adroni i mediatori della forza nucleare forte
possono essere visti come i mesoni π ± e π 0 (Yukawa), ma non
sono “elementari”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
I bosoni mediatori delle interazioni
40
I bosoni mediatori delle interazioni sono classificati come segue
interazione
mediatore
simbolo
Qe
S
nucleare debole
bosoni vettori
W± , Z 0
±1, 0
1
elettromagnetica
fotone
γ
0
1
nucleare forte
gluoni (8)
g
0
1
per un totale di 12 bosoni intermediari.
Da notare che negli adroni i mediatori della forza nucleare forte
possono essere visti come i mesoni π ± e π 0 (Yukawa), ma non
sono “elementari”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Masse e caratteristiche dell’interazione
41
interazione
mediatore
M
portata
intensità
nucleare debole
W±
81.8 · 103
10−17
10−5
Z0
92.6 · 103
γ
0
∞
1
137
0
∞
1
∼ 137
10−14
1
elettromagnetica
nucl. forte (quark)
g
nucl. forte (adroni)
π±,
π0
Osserviamo che all’aumentare della massa delle particelle la
portata (=raggio d’azione) diminuisce, eccezion fatta per i
gluoni, per i quali la portata dell’interazione, teoricamente infinita,
è confinata all’interno degli adroni (confinamento dei quark).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
Masse e caratteristiche dell’interazione
41
interazione
mediatore
M
portata
intensità
nucleare debole
W±
81.8 · 103
10−17
10−5
Z0
92.6 · 103
γ
0
∞
1
137
0
∞
1
∼ 137
10−14
1
elettromagnetica
nucl. forte (quark)
g
nucl. forte (adroni)
π±,
π0
Osserviamo che all’aumentare della massa delle particelle la
portata (=raggio d’azione) diminuisce, eccezion fatta per i
gluoni, per i quali la portata dell’interazione, teoricamente infinita,
è confinata all’interno degli adroni (confinamento dei quark).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Idea Forza EM Forza forte Forza debole Bosoni
L’idea dell’unificazione
42
L’idea di cercare un quadro concettuale comune a diversi fenomeni
fisici non è una novità della fisica delle particelle elementari, lo
scopo di unificare fenomeni apparentemente differenti in una sola
teoria risale già alla metà del XIX secolo.
Abbiamo le seguenti unificazioni:
elettricità e magnetismo (XIX secolo) =⇒ elettrodinamica,
QED + interazione debole =⇒ teoria elettrodebole
(1968–1983),
QED + debole + QCD =⇒ GUT (teoria della grande
unificazione) (?),
unificazione GUT + gravità =⇒ ???
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
L’idea dell’unificazione
42
L’idea di cercare un quadro concettuale comune a diversi fenomeni
fisici non è una novità della fisica delle particelle elementari, lo
scopo di unificare fenomeni apparentemente differenti in una sola
teoria risale già alla metà del XIX secolo.
Abbiamo le seguenti unificazioni:
elettricità e magnetismo (XIX secolo) =⇒ elettrodinamica,
QED + interazione debole =⇒ teoria elettrodebole
(1968–1983),
QED + debole + QCD =⇒ GUT (teoria della grande
unificazione) (?),
unificazione GUT + gravità =⇒ ???
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
L’idea dell’unificazione
42
L’idea di cercare un quadro concettuale comune a diversi fenomeni
fisici non è una novità della fisica delle particelle elementari, lo
scopo di unificare fenomeni apparentemente differenti in una sola
teoria risale già alla metà del XIX secolo.
Abbiamo le seguenti unificazioni:
elettricità e magnetismo (XIX secolo) =⇒ elettrodinamica,
QED + interazione debole =⇒ teoria elettrodebole
(1968–1983),
QED + debole + QCD =⇒ GUT (teoria della grande
unificazione) (?),
unificazione GUT + gravità =⇒ ???
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
L’idea dell’unificazione
42
L’idea di cercare un quadro concettuale comune a diversi fenomeni
fisici non è una novità della fisica delle particelle elementari, lo
scopo di unificare fenomeni apparentemente differenti in una sola
teoria risale già alla metà del XIX secolo.
Abbiamo le seguenti unificazioni:
elettricità e magnetismo (XIX secolo) =⇒ elettrodinamica,
QED + interazione debole =⇒ teoria elettrodebole
(1968–1983),
QED + debole + QCD =⇒ GUT (teoria della grande
unificazione) (?),
unificazione GUT + gravità =⇒ ???
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
L’idea dell’unificazione
42
L’idea di cercare un quadro concettuale comune a diversi fenomeni
fisici non è una novità della fisica delle particelle elementari, lo
scopo di unificare fenomeni apparentemente differenti in una sola
teoria risale già alla metà del XIX secolo.
Abbiamo le seguenti unificazioni:
elettricità e magnetismo (XIX secolo) =⇒ elettrodinamica,
QED + interazione debole =⇒ teoria elettrodebole
(1968–1983),
QED + debole + QCD =⇒ GUT (teoria della grande
unificazione) (?),
unificazione GUT + gravità =⇒ ???
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
Unificazione elettricità e magnetismo
L’unificazione della teoria dell’elettricità e del magnetismo risale al
XIX secolo, quando si osservò che un campo elettrico variabile (nel
tempo) induce un campo magnetico e un campo magnetico
variabile (nel tempo) induce un campo elettrico
=⇒ Faraday – 1831 e poi Maxwell – 1868 .
Questa unificazione è contenuta nelle equazioni di Maxwell:
~
~ = − ∂B
∇∧E
∂t
~
~ = µ0~j + 1 ∂ E
∇∧B
c2 ∂t
(vedi IV liceo).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
43
Unificazione elettricità e magnetismo
L’unificazione della teoria dell’elettricità e del magnetismo risale al
XIX secolo, quando si osservò che un campo elettrico variabile (nel
tempo) induce un campo magnetico e un campo magnetico
variabile (nel tempo) induce un campo elettrico
=⇒ Faraday – 1831 e poi Maxwell – 1868 .
Questa unificazione è contenuta nelle equazioni di Maxwell:
~
~ = − ∂B
∇∧E
∂t
~
~ = µ0~j + 1 ∂ E
∇∧B
c2 ∂t
(vedi IV liceo).
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
43
QED + interazione debole: teoria elettrodebole
Glashow, Salam e Weinberg (1968) proposero che:
l’interazione debole e quella elettromagnetica sono unificate
in modo naturale nella loro descrizione teorica,
ma si manifestano empiricamente nel mondo “ordinario” in
modo separato.
Però ad alte energie (e alte temperature) queste due
interazioni si dissolvono l’una nell’altra (i loro effetti sono
identici) e danno origine all’interazione elettrodebole.
Quando l’energia (e la temperatura) diminuiscono le due
interazioni si “cristallizzano” in modi diversi e quindi nel
mondo ordinario appaiono diverse.
Questa “cristallizzazione” porta ad una rottura di simmetria
che come effetto ha la generazione della massa dei bosoni
vettori e l’introduzione di un bosone mediatore chiamato
particella di Higgs di massa ∼ 104 .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
44
QED + interazione debole: teoria elettrodebole
Glashow, Salam e Weinberg (1968) proposero che:
l’interazione debole e quella elettromagnetica sono unificate
in modo naturale nella loro descrizione teorica,
ma si manifestano empiricamente nel mondo “ordinario” in
modo separato.
Però ad alte energie (e alte temperature) queste due
interazioni si dissolvono l’una nell’altra (i loro effetti sono
identici) e danno origine all’interazione elettrodebole.
Quando l’energia (e la temperatura) diminuiscono le due
interazioni si “cristallizzano” in modi diversi e quindi nel
mondo ordinario appaiono diverse.
Questa “cristallizzazione” porta ad una rottura di simmetria
che come effetto ha la generazione della massa dei bosoni
vettori e l’introduzione di un bosone mediatore chiamato
particella di Higgs di massa ∼ 104 .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
44
QED + interazione debole: teoria elettrodebole
Glashow, Salam e Weinberg (1968) proposero che:
l’interazione debole e quella elettromagnetica sono unificate
in modo naturale nella loro descrizione teorica,
ma si manifestano empiricamente nel mondo “ordinario” in
modo separato.
Però ad alte energie (e alte temperature) queste due
interazioni si dissolvono l’una nell’altra (i loro effetti sono
identici) e danno origine all’interazione elettrodebole.
Quando l’energia (e la temperatura) diminuiscono le due
interazioni si “cristallizzano” in modi diversi e quindi nel
mondo ordinario appaiono diverse.
Questa “cristallizzazione” porta ad una rottura di simmetria
che come effetto ha la generazione della massa dei bosoni
vettori e l’introduzione di un bosone mediatore chiamato
particella di Higgs di massa ∼ 104 .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
44
QED + interazione debole: teoria elettrodebole
Glashow, Salam e Weinberg (1968) proposero che:
l’interazione debole e quella elettromagnetica sono unificate
in modo naturale nella loro descrizione teorica,
ma si manifestano empiricamente nel mondo “ordinario” in
modo separato.
Però ad alte energie (e alte temperature) queste due
interazioni si dissolvono l’una nell’altra (i loro effetti sono
identici) e danno origine all’interazione elettrodebole.
Quando l’energia (e la temperatura) diminuiscono le due
interazioni si “cristallizzano” in modi diversi e quindi nel
mondo ordinario appaiono diverse.
Questa “cristallizzazione” porta ad una rottura di simmetria
che come effetto ha la generazione della massa dei bosoni
vettori e l’introduzione di un bosone mediatore chiamato
particella di Higgs di massa ∼ 104 .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
44
QED + interazione debole: teoria elettrodebole
Glashow, Salam e Weinberg (1968) proposero che:
l’interazione debole e quella elettromagnetica sono unificate
in modo naturale nella loro descrizione teorica,
ma si manifestano empiricamente nel mondo “ordinario” in
modo separato.
Però ad alte energie (e alte temperature) queste due
interazioni si dissolvono l’una nell’altra (i loro effetti sono
identici) e danno origine all’interazione elettrodebole.
Quando l’energia (e la temperatura) diminuiscono le due
interazioni si “cristallizzano” in modi diversi e quindi nel
mondo ordinario appaiono diverse.
Questa “cristallizzazione” porta ad una rottura di simmetria
che come effetto ha la generazione della massa dei bosoni
vettori e l’introduzione di un bosone mediatore chiamato
particella di Higgs di massa ∼ 104 .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
44
QED + debole + QCD: GUT
45
Le teorie di grande unificazione si basano sull’idea che:
ad alte energie (1015 GeV ) le caratteristiche delle tre
interazioni diventano pressoché coincidenti, cosı̀ da non
distinguerle tra loro,
αs
αw
αe
1015 E [GeV ]
abbiamo quindi un’unica interazione,
a basse energie (10 GeV ) le tre interazioni si manifestano in
modi diversi.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
QED + debole + QCD: GUT
45
Le teorie di grande unificazione si basano sull’idea che:
ad alte energie (1015 GeV ) le caratteristiche delle tre
interazioni diventano pressoché coincidenti, cosı̀ da non
distinguerle tra loro,
αs
αw
αe
1015 E [GeV ]
abbiamo quindi un’unica interazione,
a basse energie (10 GeV ) le tre interazioni si manifestano in
modi diversi.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
QED + debole + QCD: GUT
45
Le teorie di grande unificazione si basano sull’idea che:
ad alte energie (1015 GeV ) le caratteristiche delle tre
interazioni diventano pressoché coincidenti, cosı̀ da non
distinguerle tra loro,
αs
αw
αe
1015 E [GeV ]
abbiamo quindi un’unica interazione,
a basse energie (10 GeV ) le tre interazioni si manifestano in
modi diversi.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
QED + debole + QCD: GUT
45
Le teorie di grande unificazione si basano sull’idea che:
ad alte energie (1015 GeV ) le caratteristiche delle tre
interazioni diventano pressoché coincidenti, cosı̀ da non
distinguerle tra loro,
αs
αw
αe
1015 E [GeV ]
abbiamo quindi un’unica interazione,
a basse energie (10 GeV ) le tre interazioni si manifestano in
modi diversi.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Elettricità e magnetismo Teoria elettrodebole GUT
L’interazione gravitazionale
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione gravitazionale è la massa M :
M ⇐⇒ interazione gravitazionale
ciò vale in una teoria non relativistica (Newton).
In relatività speciale la gravità non rientra, poiché
incompatibile con gli assiomi della teoria.
La teoria relativistica della gravità è la relatività generale di
Einstein: in essa la gravità non è una forza ma la curvatura
(geometria) dello spazio–tempo.
In una teoria quantistica la particella mediatrice
dell’interazione gravitazionale è il
gravitone G .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
46
L’interazione gravitazionale
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione gravitazionale è la massa M :
M ⇐⇒ interazione gravitazionale
ciò vale in una teoria non relativistica (Newton).
In relatività speciale la gravità non rientra, poiché
incompatibile con gli assiomi della teoria.
La teoria relativistica della gravità è la relatività generale di
Einstein: in essa la gravità non è una forza ma la curvatura
(geometria) dello spazio–tempo.
In una teoria quantistica la particella mediatrice
dell’interazione gravitazionale è il
gravitone G .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
46
L’interazione gravitazionale
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione gravitazionale è la massa M :
M ⇐⇒ interazione gravitazionale
ciò vale in una teoria non relativistica (Newton).
In relatività speciale la gravità non rientra, poiché
incompatibile con gli assiomi della teoria.
La teoria relativistica della gravità è la relatività generale di
Einstein: in essa la gravità non è una forza ma la curvatura
(geometria) dello spazio–tempo.
In una teoria quantistica la particella mediatrice
dell’interazione gravitazionale è il
gravitone G .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
46
L’interazione gravitazionale
La caratteristica intrinseca delle particelle origine
dell’interazione gravitazionale è la massa M :
M ⇐⇒ interazione gravitazionale
ciò vale in una teoria non relativistica (Newton).
In relatività speciale la gravità non rientra, poiché
incompatibile con gli assiomi della teoria.
La teoria relativistica della gravità è la relatività generale di
Einstein: in essa la gravità non è una forza ma la curvatura
(geometria) dello spazio–tempo.
In una teoria quantistica la particella mediatrice
dell’interazione gravitazionale è il
gravitone G .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
46
L’interazione gravitazionale
47
Nei problemi del mondo subatomico (usuale) la gravità non gioca
nessun ruolo poiché le masse sono piccolissime.
interazione
mediatore
M
portata
intensità
gravitazionale
G
0
∞
10−36
nucleare debole
W± , Z 0
∼ 105
10−17
10−5
elettromagnetica
γ
0
∞
1
137
nucl. forte (quark)
g
0
∞
1
Le uniche situazioni in cui la gravità si “mescola” con le tre forze
del modello standard sono:
durante il Big Bang,
all’interno di un buco nero,
a delle dimensioni note come lunghezza di Planck
`P = 10−35 [m] = 0.00000000000000000000000000000000001[m] .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
L’interazione gravitazionale
47
Nei problemi del mondo subatomico (usuale) la gravità non gioca
nessun ruolo poiché le masse sono piccolissime.
interazione
mediatore
M
portata
intensità
gravitazionale
G
0
∞
10−36
nucleare debole
W± , Z 0
∼ 105
10−17
10−5
elettromagnetica
γ
0
∞
1
137
nucl. forte (quark)
g
0
∞
1
Le uniche situazioni in cui la gravità si “mescola” con le tre forze
del modello standard sono:
durante il Big Bang,
all’interno di un buco nero,
a delle dimensioni note come lunghezza di Planck
`P = 10−35 [m] = 0.00000000000000000000000000000000001[m] .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
L’interazione gravitazionale
47
Nei problemi del mondo subatomico (usuale) la gravità non gioca
nessun ruolo poiché le masse sono piccolissime.
interazione
mediatore
M
portata
intensità
gravitazionale
G
0
∞
10−36
nucleare debole
W± , Z 0
∼ 105
10−17
10−5
elettromagnetica
γ
0
∞
1
137
nucl. forte (quark)
g
0
∞
1
Le uniche situazioni in cui la gravità si “mescola” con le tre forze
del modello standard sono:
durante il Big Bang,
all’interno di un buco nero,
a delle dimensioni note come lunghezza di Planck
`P = 10−35 [m] = 0.00000000000000000000000000000000001[m] .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Il Modello Standard
Il Modello Standard, ossia il modello delle particelle elementari e
delle interazioni presentato qui può essere riassunto nel modo
seguente:
6 leptoni e 6 anti–leptoni,
18 quark e 18 anti–quark,
12 bosoni intermediari: 1 fotone, 8 gluoni, 3 bosoni vettori,
per le 3 interazioni fondamentali,
1 bosone di Higgs (almeno).
Abbiamo quindi 61 particelle “di base”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
48
Il Modello Standard
Il Modello Standard, ossia il modello delle particelle elementari e
delle interazioni presentato qui può essere riassunto nel modo
seguente:
6 leptoni e 6 anti–leptoni,
18 quark e 18 anti–quark,
12 bosoni intermediari: 1 fotone, 8 gluoni, 3 bosoni vettori,
per le 3 interazioni fondamentali,
1 bosone di Higgs (almeno).
Abbiamo quindi 61 particelle “di base”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
48
Il Modello Standard
Il Modello Standard, ossia il modello delle particelle elementari e
delle interazioni presentato qui può essere riassunto nel modo
seguente:
6 leptoni e 6 anti–leptoni,
18 quark e 18 anti–quark,
12 bosoni intermediari: 1 fotone, 8 gluoni, 3 bosoni vettori,
per le 3 interazioni fondamentali,
1 bosone di Higgs (almeno).
Abbiamo quindi 61 particelle “di base”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
48
Il Modello Standard
Il Modello Standard, ossia il modello delle particelle elementari e
delle interazioni presentato qui può essere riassunto nel modo
seguente:
6 leptoni e 6 anti–leptoni,
18 quark e 18 anti–quark,
12 bosoni intermediari: 1 fotone, 8 gluoni, 3 bosoni vettori,
per le 3 interazioni fondamentali,
1 bosone di Higgs (almeno).
Abbiamo quindi 61 particelle “di base”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
48
Il Modello Standard
Il Modello Standard, ossia il modello delle particelle elementari e
delle interazioni presentato qui può essere riassunto nel modo
seguente:
6 leptoni e 6 anti–leptoni,
18 quark e 18 anti–quark,
12 bosoni intermediari: 1 fotone, 8 gluoni, 3 bosoni vettori,
per le 3 interazioni fondamentali,
1 bosone di Higgs (almeno).
Abbiamo quindi 61 particelle “di base”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
48
Il Modello Standard
Il Modello Standard, ossia il modello delle particelle elementari e
delle interazioni presentato qui può essere riassunto nel modo
seguente:
6 leptoni e 6 anti–leptoni,
18 quark e 18 anti–quark,
12 bosoni intermediari: 1 fotone, 8 gluoni, 3 bosoni vettori,
per le 3 interazioni fondamentali,
1 bosone di Higgs (almeno).
Abbiamo quindi 61 particelle “di base”.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
48
Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
49
Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
49
Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
49
Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
49
Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
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Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
49
Oltre il Modello Standard
Oltre il Modello Standard:
GUT: teoria della grande unificazione delle tre interazioni del
Modello Standard,
Teorie super–simmetriche (necessarie nella GUT),
Quantum Gravity: quantificazione dell’interazione
gravitazionale,
(Super) String Theory: da particelle puntiformi a particelle
come stringhe, inclusa la gravità,
TOE: teoria del tutto (unificazione di tutte le le interazioni)
. . . TOE = SST?
. . . ancora da scoprire . . .
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
49
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
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Storia
50
Antichi greci: materia composta da minuscole parti indivisibili
chiamati atomi.
J.J. Thomson – 1897: scoperta dell’elettrone
Planck – 1900: idea di fotone.
Einstein – 1905: introduzione del concetto di fotone (effetto
fotoelettrico).
Rutherford – 1911: messa in evidenza del nucleo di carica
positiva con attorno gli elettroni di carica negativa.
Millikan – 1916: Conferma sperimentale dell’effetto
fotoelettrico.
Rutherford – 1920: ipotesi di una nuova particella neutra, il
neutrone.
Compton – 1923: diffusione di un fotone incidente su un
elettrone: conferma sperimentale del fotone.
Dirac – 1928: teoria relativistica dell’elettrone.
Pauli – 1930: ipotesi di una nuova particella chiamata
neutrino.
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Storia
51
Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
Storia
51
Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Storia
51
Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Storia
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Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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51
Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Storia
51
Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
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elettromagnetica.
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cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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Dirac – 1931: ipotesi dell’esistenza di antimateria
(antielettrone o positrone).
Chadwick – 1932: scoperta del neutrone.
Anderson – 1932: scoperta del positrone.
Heisenberg, Iwanenko – 1932: ipotesi di un nucleo formato
da neutroni e protoni.
Fermi – 1933: introduzione della forza nucleare debole.
Yukawa – 1934: introduzione della forza nucleare forte.
Anderson – 1936: scoperta del muone µ.
Feynman – 1940: inizio della teoria QED dell’interazione
elettromagnetica.
Rochester e Butler – 1946: scoperta del kaone K0 nei raggi
cosmici.
Powell – 1947: scoperta del pione π.
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52
Reines e Cowan – 1956: evidenza sperimentale del neutrino
elettronico νe .
Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
Gell-Mann e Ne’eman – 1961: Classificazione degli adroni con
la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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52
Reines e Cowan – 1956: evidenza sperimentale del neutrino
elettronico νe .
Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
Gell-Mann e Ne’eman – 1961: Classificazione degli adroni con
la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
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Reines e Cowan – 1956: evidenza sperimentale del neutrino
elettronico νe .
Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
Gell-Mann e Ne’eman – 1961: Classificazione degli adroni con
la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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elettronico νe .
Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
Gell-Mann e Ne’eman – 1961: Classificazione degli adroni con
la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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elettronico νe .
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forza debole.
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la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
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Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
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la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
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Reines e Cowan – 1956: evidenza sperimentale del neutrino
elettronico νe .
Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
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la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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elettronico νe .
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forza debole.
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la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
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per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
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elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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Reines e Cowan – 1956: evidenza sperimentale del neutrino
elettronico νe .
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forza debole.
Gell-Mann e Ne’eman – 1961: Classificazione degli adroni con
la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
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per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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Reines e Cowan – 1956: evidenza sperimentale del neutrino
elettronico νe .
Salam – 1956: ipotesi dei bosoni intermediari W± per la
forza debole.
Gell-Mann e Ne’eman – 1961: Classificazione degli adroni con
la teoria dei gruppi.
Lederman – 1962: scoperta del neutrino muonico νµ .
Higgs – 1963: ipotesi della particella di Higgs.
Gell-Mann – 1964: introduzione del concetto di quark.
Salam – 1966: ipotesi del terzo bosone intermediario W0
per la forza debole.
Taylor – 1968: messa in evidenza indiretta dei quark.
Weinberg e Salam – 1968: presentazione della teoria
elettrodebole (=unficazione dell’interazione elettromagnetica
e debole).
1970: inizio della teoria QCD dell’interazione forte.
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Glashow – 1974: scoperta del charmonium J/Ψ.
1977: scoperta del quark bottom b.
Perl – 1977: scoperta del leptone τ .
CERN – 1983: scoperta dei bosoni intermediari W± e Z0 :
successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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Glashow – 1974: scoperta del charmonium J/Ψ.
1977: scoperta del quark bottom b.
Perl – 1977: scoperta del leptone τ .
CERN – 1983: scoperta dei bosoni intermediari W± e Z0 :
successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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Glashow – 1974: scoperta del charmonium J/Ψ.
1977: scoperta del quark bottom b.
Perl – 1977: scoperta del leptone τ .
CERN – 1983: scoperta dei bosoni intermediari W± e Z0 :
successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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1977: scoperta del quark bottom b.
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successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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Glashow – 1974: scoperta del charmonium J/Ψ.
1977: scoperta del quark bottom b.
Perl – 1977: scoperta del leptone τ .
CERN – 1983: scoperta dei bosoni intermediari W± e Z0 :
successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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1977: scoperta del quark bottom b.
Perl – 1977: scoperta del leptone τ .
CERN – 1983: scoperta dei bosoni intermediari W± e Z0 :
successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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Glashow – 1974: scoperta del charmonium J/Ψ.
1977: scoperta del quark bottom b.
Perl – 1977: scoperta del leptone τ .
CERN – 1983: scoperta dei bosoni intermediari W± e Z0 :
successo della teoria elettrodebole.
1994: scopeta del quark top t (ultimo quark).
2000: scopeta del neutrino tauonico ντ (ultimo leptone).
2000: prime tracce del bosone di Higgs.
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Referenze
C. Gruber et W. Benoit, Mécanique générale, PPUR (1998)
D. Griffits, Introduction to elementary particles, Wiley (1987)
M. Bergamaschini et al., L’indagine del mondo fisico, Vol. F,
Signorelli (2001)
C. Joseph, Introduction à la physique nucléaire et
corpusculaire, Preprint UNIL (1996)
B. Greene, L’universo elegante: Superstringhe, dimensioni
nascoste e la ricerca della teoria ultima, Einaudi (2000)
J.C. Boudenot, Histoire de la physique et des physiciens,
Ellipse (2001)
Intro ANP Part. el. Exp Forze Unif Gr Concl Storia
54