Il Merli vi parla della…
Fisica delle Particelle Elementari
L'uomo è una corda tesa fra l'animale e il Superuomo, una corda
sopra l'abisso. (da Ecce Homo)
Una domanda affascina da sempre l’uomo…
…di cosa è fatta la materia???
In ogni epoca storica si è cercato di
rispondere a questo quesito fondamentale
Le particelle elementari sono i componenti
fondamentali della materia (…e non solo!!!)
Intorno al 1900 si credeva che la fisica avesse ormai
compreso tutto il mondo della natura e che alcune discrepanze
tra dati e teoria fossero banalmente superabili migliorando gli
esperimenti e/o le previsioni teoriche
Tuttavia alcuni fenomeni non erano facilmente spiegabili…
-Deflessione a grande angolo di particelle sparate su
atomi pesanti
-Lo spettro di emissione della radiazione elettromagnetica
dagli atomi non è predetto adeguatamente
(elettroni che vibrano nella “sostanza” carica positivamente.
Elttromagnetismo: cariche accelerate irraggiano)
-Le masse degli atomi non sono spiegate
-……
J.J.Thomson e l’elettrone
• Thomson nel 1897 scopre l’elettrone, con un tubo a raggi
catodici inventato pochi mesi prima da Karl Braun.
Misurando la deflessione dei raggi in un campo elettrico e
magnetico, determina m/z (1.76 108 coulombs/g)
• Con l’uso di una camera a nebbia, Robert Millikan
determinò la carica dell’elettrone nel 1909 (1,602*10-19 C)
Problema delle particelle alfa deflesse…
Ernest Rutherford shot particles at a thin sheet of gold foil and
observed the pattern of scatter of the particles
Se gli atomi sono formati da una “pappa” carica positivamente in cui
alloggiano gli elettroni, le pesanti particelle alfa dovrebbero
attraversare la lamina indeflessi.
Rutherford
Since some particles were deflected at large angles, Thompson’s
model could not be correct
"Fu l’evento più incredibile che mi fosse mai capitato
nella vita. Altrettanto incredibile che se vi fosse
capitato di sparare un proiettile da quindici pollici su
un pezzo di carta velina e questo fosse tornato
indietro a colpirvi."
• Rutherford postulated a very small, dense nucleus
with the electrons around the outside of the atom.
• Most of the volume of the atom is empty space.
1908-Rutherford Nobel per la Chimica (!)
-Ancora gli spettri non sono spiegati…
-Un tale atomo potrebbe vivere 10-9 secondi !!!!
(cariche su traiettorie accelerate perdita di energia e.m.)
Protons were discovered by Rutherford in 1919
Rutherford:
-Nucleo composto da tanti protoni
idrogeno) quanti elettroni esterni
(cioè nuclei di atomo di
atomo elettricamente neutro
-Nel nucleo ci sono ulteriori coppie protone (+) ed
elettrone (-) che sono globalmente neutri e sommati
alla massa degli altri protoni forniscono la corretta
massa atomica
spiegata la massa degli atomi
-non torna il momento angolare….
-la meccanica quantistica vieta che gli elettroni
possano essere confinati nei nuclei..
Se invece di avere una coppia protone-elettrone
si usa una particella della stessa massa del protone
ma neutra, allora i problemi sono superati
1932: Chadwick scopre il neutrone !!!
g
Po
+ Be
Be
C12*
+ n
p
n
H
g
C12 + g (Eg ~ 6 MeV)
Ma allora non sono gli atomi i
costituenti di tutto, ma protoni,
neutroni ed elettroni.
Repulsione elettrica tra
cariche uguali?
…1921 si ipotizza l’esistenza di
una forza FORTE (più
dell’elettromagnetismo) che
tenga insieme i nucleoni
Si continua a ipotizzare che esista qualche
cosa che non si è mai visto: se lo si scopre
O.K., altrimenti
la teoria deve essere rivista !
E gli spettri di emissione?!
L’indagine spettroscopica
Gli elementi in forma gassosa esibiscono spettri di emissione: se
eccitati (ad es. in un campo elettrico) emettono radiazione di
particolari lunghezza d’onda.
Le diverse lunghezze d’onda sono analizzabili con strumenti
che le separino spazialmente – come un prisma, che usa la
dipendenza dell’indice di rifrazione della luce dalla frequenza.
In molti provano a capire lo
schema soggiacente. Alla
fine è Johann Balmer, un
matematico
svizzero,
a
scoprire la relazione fra
questi numeri, ora noti come
“serie di Balmer” dell’atomo
di idrogeno.
Lungh. Fattore
schema
d'onda comune
(Balmer)
moltiplicatore
----------------------------------------------------------656.3
364.6
9/5
32/(32-22)
486.1
364.6
16/12
42/(42-22)
434.0
364.6
25/21
52/(52-22)
410.1
364.6
36/32
62/(62-22)
397.0
364.6
49/45
72/(72-22)
L’atomo di Bohr
La formula di Rydberg, che generalizza lo schema di
Balmer a tutte le serie di righe note dell’atomo di idrogeno,
deve aspettare il 1913 per trovare una spiegazione nella
teoria di Bohr dell’atomo di idrogeno.
Basta ipotizzare che l’elettrone possa orbitare solo con ben determinati
valori di energia e momento angolare (QUANTIZZAZIONE). Esse sono determinate
da due “numeri quantici”, che descrivono estensione e schiacciamento dell’orbita. La
radiazione emessa deriva dal salto da un’orbita a un’altra di minore energia, con
l’emissione di una unità di momento angolare e di una lunghezza d’onda pari a:
La formula di Rydberg permette di calcolare
I livelli di energia:
e quindi la lunghezza d’onda della radiazione emessa:
Questo spiega eccellentemente gli spettri elettromagnetici, ma ancora
l’atomo non è stabile e il momento angolare è sbagliato…
La Meccanica Quantistica si sviluppa enormemente
e giustifica la stabilità dell’atomo
Particelle Elementari (anni ‘30)
Protoni
Neutroni
Elettroni
Principio di indeterminazione di
Heisenberg, 1927
Dx Dp≥ ħ/2
• I fenomeni studiati non possono prescindere dagli
effetti provocati dall’osservatore, che va pertanto
assunto come parte integrante del fenomeno
• Impossibilità di separare rigorosamente soggetto e
oggetto
• Impossibilità teorica di pervenire a descrizione
rigidamente deterministica dei fenomeni naturali
(contro il meccanicismo di Laplace)
Attorno al 1930 si studiano anche i decadimenti radioattivi
In alcuni processi sembra addirittura che l’energia
e la quantità di moto non siano conservate !
Alcuni decadimenti radioattivi sono governati dalle forze
nucleari DEBOLI (chiamate così per distinguerle da
quelle FORTI che legano il nucleo)
Distanze
Perché la gravità e l’elettromagnetismo ci sono familiari,
mentre non sapevamo nulla della forza forte e debole?
Perché hanno raggio d’azione INFINITO, mentre la
forza forte e debole agiscono a BREVI DISTANZE.
La teoria del decadimento beta
(gennaio 1934)
(+½)
n
(+½)
p+
(-½)
e+
(+½)
n
• Fermi studiando il decadimento radioattivo inventa negli
anni ’30 un formalismo con il quale è possibile
descriverne gli aspetti fondamentali e calcolare alcune
proprietà, come le vite medie delle particelle
• Nella sua teoria compare il neutrino, ipotizzato da Pauli
nel 1930 per spiegare l’energia mancante nei
decadimenti beta e la conservazione dello spin
• A seguito della formalizzazione di Fermi delle
“interazioni deboli”, molte reazioni di decadimento
trovano una spiegazione. Il neutrino, particella priva di
massa, non possiede carica elettrica e interagisce
debolmente con la materia: è a tutti gli effetti invisibile
Il neutrino: solo energia e quantità di moto !!
La forza Forte
Ogni forza è trasportata da una specifica particella la cui
massa dipende inversamente dalla distanza su cui agisce
M 1/d
Esempi: fotone (E.M)
f.forte
d=
d ~ 10-15 m
M=0
M ~200 Me
Dunque si PREVEDEVA (Yukawa,1935) l’esistenza di una
particella con massa di circa 200 volte l’elettrone: se fosse
stata trovata sarebbe stata la conferma della correttezza
della teoria, altrimenti il modello avrebbe funzionato bene
ma senza giustificazioni!
Nel 1937 C.Anderson scopre una particella con
M~207 Me nelle tracce dei raggi cosmici
secondari!!! (mesone mu o muone)
E’ fatta!!!
NO, ‘STI CAZZI !!!!
Nel 1945 Conversi, Pacini, Piccioni dimostrano che quella
particella non può essere mediatrice delle interazioni forti
[Un muone attraversa centinaia di volte il nucleo, senza interagire]
I. Rabi: “Il muone, ma chi l’ha chiesto?”
Solo nel 1947 C.F. Powell scopre un altro tipo di
mesone (mesone pi o pione ,~260 Me), nelle
tracce dei raggi cosmici. Interagisce col nucleo
(p+ + n).Il pione negativo funge da particella di
scambio fra p e n.
Allora è fatta!!!
Sì !!!!
Esistono altri mesoni (pione neutro, mesone K o
kaone….). Il muone NON è un MESONE!!!
1950 - 1960: esperimenti tantissime nuove
particelle
Grande confusione!!
Vengono creati molti modelli e teorie, ma nessuna
riesce a trovare un riscontro sperimentale
Non si riesce a spiegare la presenza di
centinaia di particelle elementari (?)
Negli anni ’60 si introdusse matematicamente
l’esistenza dei quark (Gell-Mann/Ne’emen): in
questo modo si spiegarono le centinaia di particelle
osservate, sulla base di sole 3 particelle (up, down,
strange).
I quark hanno carica elettrica frazionaria. La
combinazione opportuna di 2 o 3 quark (ADRONE)
dà una particella a carica intera (rispettivamente
mesoni e barioni)
Si introduce il confinamento : si
IMPONE che le interazioni forti
abbiano caratteristiche tali da
impedire ad un quark di esistere
isolato
•I quarks devono esistere a coppie: quarto quark.
•Ciascun quark costituisce un SAPORE (u, d, s, c,
t, b) (…. già, sono 6!!!). Il sapore è un numero
quantico.
•Ogni sapore di quark si presenta in 3 diverse
varietà (COLORE). Il colore è un numero quantico.
•I quarks possono essere rossi, verdi e blu. Gli
antiquarks saranno allora anti-rossi, anti-verdi e
anti-blu.
La combinazione di una terna di colori (rgb) o
anticolori (anti-r anti-g anti-b) ha carica netta di
colore nulla, e così pure le combinazioni (r anti-r), (b
anti-b), (g anti-g).
Solo gli stati senza colore si osservano in natura.
La Cromodinamica quantistica studia le combinazioni
dei quark
I quark si combinano mediante una particella di
scambio, GLUONE (ne esistono 8)che serve a tenerli
insieme.
Anche i gluoni hanno carica colore (questo complica
tutto…) e possono saldarsi assieme formando
glueballs
• classicamente, le forze sono
dovute a campi
• quantisticamente, le forze
agiscono per mezzo di
“mediatori”, ogni forza ha
il proprio (o i propri) mediatori
p e n si “parlano” tramite i mesoni, composti di quark; questi
ultimi a loro volta si parlano coi gluoni (composti di merda?).I
mediatori della forza forte sono i gluoni.
•La forza di colore diventa piu’ forte a grandi distanze
•Le particelle con carica di colore non possono esistere isolate
•I quarks sono confinati con altri quarks a formare gli adroni
•I composti sono neutri in colore
•Quando un quark emette o assorbe un gluone, il colore del quark
cambia affinche’ la carica di colore si conservi
•Un quark rosso emette un gluone rosso/anti-blu e diventa blu
•La forza forte tra i quarks in un protone ed i quarks in un altro
protone e’ abbastanza intensa da superare la forza di repulsione
elettromagnetica.
La scoperta dei quark
• L’ipotesi di Gell-Mann, nonostante la brillante capacità di
organizzazione della messe di particelle scoperte in poche strutture
semplici di multipletti, e il potere predittivo di nuovi stati, rimane un
artificio matematico per molti, fino al 1974.
• La scoperta del charm convince tutti: i quarks sono reali
• I corpi elementari sono dunque quarks e leptoni
• Ma i quarks non sono 4, bensì 6! E qualcuno lo aveva previsto fin dal
1971
• Solo con almeno sei quarks si può spiegare una
caratteristica dei mesoni K scoperta nel 1964: la
violazione della simmetria CP
• A partire dal 1974, tutti si mettono a caccia dei due rimanenti quarks: il
bottom e il top.
La stranezza: il mistero si infittisce
• Alcune particelle (anni ’40) , sembrano “strane”: sono
prodotte copiosamente – il che indica una produzione
“forte”, ma decadono lentamente – con tempi tipici delle
interazioni “deboli”.
• Attenzione, i pioni non sono strani, perché per loro un
decadimento “forte” non è possibile: sono i mesoni più
leggeri
• Invece i kaoni sono prodotti con alta frequenza, e
decadono in 10-10 secondi anche se esistono stati adronici
più leggeri in cui potrebbero decadere tramite forza forte (i
pioni!)
• si scopre che sono prodotte in coppia. Si ipotizza subito un
nuovo numero quantico, la stranezza S (Gell-Mann,1952)
p p p p K+ K- si osserva, p p p p p- K+ no;
p p K L pp pp si osserva p p KD non si osserva.
Ma come si classificano le
particelle?
Barioni e mesoni sono ADRONI (≡ COMPOSTI DI QUARKS)
Solo i Fermioni obbediscono al principio di Esclusione di Pauli
Rasoio di Ockham ( monaco inglese del 1300 ), espresse
una lex parsimoniae che è un fondamentale strumento
nella ricerca:
“Entia non
necessitatem”
sunt
multiplicanda
praeter
Ovvero, le spiegazioni economiche della natura che
ci circonda sono da preferirsi a
quelle più fantasiose e complicate, che introducano
più assunzioni e postulati.
Per ragioni di simmetria, si pensa che
tutte le forze fondamentali, siano in
realtà la medesima forza, che a basse
energie (il mondo di tutti i giorni) si
manifestano in modi differenti.
Si predice l’unificazione delle interazioni
elettromagnetiche con quelle deboli :
questa è solo una speculazione teorica!
E’ l’analoga situazione dell’unificazione tra
fenomeni ELETTRICI e MAGNETICI avvenuta
a fine 1800…
Vi ricordate dell’unificazione di forza
elettromagnetica e interazioni deboli??
Questa teoria prevede l’esistenza di ben
3 particelle nuovissime….
… vengono scoperte nel 1983!!! (da Rubbia)
Ma che caos!
Facciamo un po’ di ordine: i fisici
riassumono tutti questi risultati nel
MODELLO STANDARD
Le particelle elementari sono solo di 3 tipi:
LEPTONI (6)
QUARK (6)
FORZE
Ricadute Tecnologiche…
Il modello Standard
Idea chiave:
Ci sono due generi di particelle:
•
particelle che sono materia
(i quark ed i leptoni)
•
particelle che mediano le forze
(ogni tipo di interazione fondamentale agisce
"mediante" una particella mediatrice di forza)
In seguito la gravita` viene inclusa nella discussione anche se
in realta’ non appartiene al modello standard.
Il Modello Standard: le particelle
Carica
elettrica
3 generazioni
I mediatori:
piu’ pesante
+2/3
u
c
t
quark
-1/3
0
-1
d
s
b
ne
nm
nt
e
m
t
g
gluoni (8)
g
fotone
W+,W-, Z bosoni
gravitone
leptoni
Fondamentali: queste
particelle sono ritenute
senza struttura interna
(anche se non e`
esclusa)
Il Modello Standard: le forze
Le particelle elementari interagiscono tra loro tramite messaggeri,
Le forze che conosciamo in natura sono:
Forza gravitazionale:
Forza elettromagnetica:
Forza forte:
Forza debole:
Caduta dei corpi, moto stellare…
messaggero: gravitone
magneti, atomi, chimica…
messaggero: fotone
tiene uniti i protoni e i neutroni nel
nucleo anche se di carica uguale e
tiene uniti i quark
messaggero: gluone
radioattività, attività solare …
messaggeri: W e la Z
Il Modello Standard: materia ed
antimateria
Il Modello Standard prevede che per ogni particella di
materia ci sia la sua anti-particella.
- i mediatori non hanno le
antiparticelle: non esistono
gli anti-gluoni o gli antifotoni!
- le anti-particelle hanno
cariche opposte a quelle
delle particelle
- se una particella e la sua
anti-particella si
incontrano si annichilano
Le forze ed i messaggeri
E’ importante sottolineare che nel Modello Standard le
forze agiscono perche’ sono trasmesse da una
particella.
Non esistono forze “a distanza” ma affinche’ una forza
agisca il suo messaggero deve andare da una
particella ad un’altra.
Spostati, mi
manda uno della
tua stessa carica
+
+
Le forze e le cariche
I messaggeri delle forze si accoppiano a qualita’
specifiche delle particelle chiamate cariche
Forza
Accoppiamento
Quantita’
Elettromagnetica Carica elettrica
1
Forte
Colore
3 (rosso, blu,
verde)
Gravita’
Massa
1
Nota: la carica elettrica e’ una sola, che puo` essere
positiva o negativa. Per il colore le cariche sono 3 ed
anche loro possono essere positive o negative.
Le forze non agiscono su tutte le
particelle
Spin and Chirality
• All particles in the Standard Model have an intrinsic spin,
allowing us to roughly visualize each particle as a
miniature top spinning in space.
• Technically, we associate a quantum number to this
property called spin, and is fixed for all matter particles
(quarks and leptons, alike) at 1/2. Hence, all the particles
carry the same internal angular momentum.
•
The spin of all particles is described by a vector, S with
cartesian components (Sx , Sy , Sz)whose length never
changes.
• At length scales dominated by quantum mechanics, the
orientation of the spin is limited in a very non-intuitive
way.
• The component of S along any given direction (say, along
the x-axis) is limited to take on one of two values: Sx =
+½ħ , in which case the particle is said to be "spin-up in
the x-direction", or Sx = -½ħ , in which case is "spindown."
• Here, ħ is Planck's constant — a very tiny unit of angular
momentum.
• Even more bizarre is that despite this limitation, any
component of S may be in a mixture (superposition)
between the spin-up case and the spin-down case.
• Only probing the particle would cause the value of the xcomponent of the spin to snap to exclusively one of the
two allowed values.
• There is nothing special about the x-, y- and the zaxis.
• In principle and in practice, one may be interested
in the component of spin along a direction that lies
between the x- and y-axis, or between the x- and zaxis, or between all three axis.
• Allowed values are still limited to +½ħ and -½ħ .
• Physicists are often interested in the particle's spin
along its momentum, p (direction of motion).
• The component of spin along the particle's
momentum is chirality.
• As usual, a particles chirality are limited to
Sp = +½ħ
in polari
whichsono
casemancini.
the particle is
Gli ,orsi
right-handed,
-½ħ
, in E
which
(E chi lo sa? EorchiSpse= ne
frega?
comecase
lo
the particle is left-handed.
hanno capito?)
• An understanding of chirality is crucial to
understand the selective nature of the weak
nuclear force
Force Mediating Particles
• The force mediating particles all have an intrinsic spin
whose value is 1, making them bosons. They do not follow
the Pauli Exclusion Principle.
• The photons mediate the electromagnetic force between
electrically charged particles (these are the quarks,
electrons, muons, tau, W+, W–). They are massless and are
described by the theory of quantum electrodynamics.
• The W+, W–, and Z0 gauge bosons mediate the weak
nuclear interactions between particles of different flavors
(all quarks and leptons). They are massive, with the Z0
being more massive than the equally massive W+ and W–.
• The weak force is that interactions involving the W+ and
W–gauge bosons act on exclusively left-handed particles
(those particles whose chirality is Sp = -½ħ )
• The right-handed particles are neutral to the W
bosons.
• The W+ and W– bosons carry an electric charge of
+1 and
–1 making those susceptible to
electromagnetic interactions.
• The electrically neutral Z0 boson acts on particles
of both chiralities, but preferentially on lefthanded ones.
• The weak nuclear interaction is the only one that
selectively acts on particles of different chiralities;
the photons and the gluons act on particles without
such prejudice.
• These three gauge bosons along with the photons
are grouped together which collectively mediate
the electroweak interactions.
• The eight gluons mediate the strong nuclear
interactions between color charged particles
(quarks).
• Gluons are massless. But, each of the eight carry
combinations of color and an anticolor charge
enabling them to interact among themselves.
• The gluons and their interactions are described by
the theory of quantum chromodynamics.
Da dove viene la massa delle particelle
composte (adroni)?
Il protone e’ composto da 3 quark: uud
La somma delle masse dei quark uud e’ molto piu` piccola
dalla massa del protone:
La differenza di massa e’ dovuta alle interazioni tra i quark.
Anche se in teoria si sanno calcolare queste interazioni, in
pratica non si riescono ad ottenere le masse degli adroni.
Massa (GeV)
Da dove viene la massa delle particelle
fondamentali?
t
u
c
~0.001
~1.5
~180
g
gluoni (8)
0
d
s
b
g
fotone
0
~0.001
~0.1
ne
nm
~0.
~0.
e
m
~0.0005
~0.100
~4.5
nt
~0.
t
~1.7
Le particelle forza
W+,W-, Z bosoni
Massa
80/90
GeV
Il modello standard non predice le
masse delle particelle.
I valori delle masse sono stati
misurati sperimentalmente
Consideriam il quark top e l’elettrone:
Il quark top pesa circa 300.000 volte piu` dell’elettrone.
Nel modello standard entrambe hanno massa nulla!
Sembrano che abbiano massa perche` si muovono (con fatica)
interagendo con il campo di Higgs
Idea chiave:
Nel Modello Standard le particelle non hanno massa.
La massa e’ una proprieta’ che viene acquisita attraverso
l’interazione con il bosone di Higgs: sembrano avere massa
perche` interagiscono con il bosone di Higgs e diventano piu`
difficili da spostare.
Domanda: perche’ l’elettrone si
accoppia meno del quark top con il
bosone di Higgs ed e’ quindi piu`
leggero?
Tristemente non abbiamo una
risposta a una domanda cosi` ovvia
Nel Modello Standard ci sono molte altre cose che non
capiamo
Per esempio:
Perche le generazioni sono 3? C’e’ una sottostruttura?
Perche le masse sono quelle che sono?
Dov’e’ finita l’antimateria creata nel Big-Bang?
Dove la mettiamo la gravita’?
La soluzione a questi ed altri problemi non la si sa. La
possibilita’ piu` accettata al momento e’ che il Modello
Standard sia solo una parte di una teoria piu` grande chiamata
la “Supersimmetria”
Mah mah boh boh…la solita merda! (Anna Mariella
Franzoni)
Supersimmetria
• Alcuni fisici, nel tentativo
di unificare la gravita’ con
le altre forze fondamentali,
hanno suggerito che ogni
particella fondamentale
dovrebbe avere una
particella “ombra”
(shadow). Sono piu’ di 20
anni che cerchiamo queste
particelle supersimmetriche
Teoria di Grande Unificazione
• Si crede che una GUT
unifichera’ le forze forte,
debole ed elettromagnetica
• Queste 3 forse saranno
allora visibili come
manifestazioni diverse – a
bassa energia – di una
stessa forza
• Le 3 forze si unirebbero ad
una energuia alquanto
elevata.
• La fisica di oggi ha teorie per la meccanica
quantististica, per la relativita’ e per la
gravita’, ma queste teorie sono separate.
• Se vivessimo in un mondo con piu’ di 3
dimensioni spaziali forse si potrebbe
superare questo problema.
• La teoria delle stringhe suggerisce che in
un mondo in cui ci sono le 3 dimensioni
standard, e qualche dimensione addizionale
purche’ piccola, le particelle sono stringhe
…l’avventura continua
Gesù Pampino
essere particella?!
Essere fermione o
busone?!
Indipendetemente dall’opinione personale dei
singoli fisici, il metodo di lavoro è ben testato e
permette uno studio sistematico.
Di tutto conosciamo il prezzo, di
niente il valore ! F. Nietzsche, Aforismi
The Standard Model
• The entire dynamics of the universe can be explained in
terms of matter and by the forces that act on it.
• The Standard Model is divided in a similar manner:
ordinary matter particles (fermions), force mediating
particles (bosons), and the Higgs particle (also a boson).
• Technically, quantum field theory provides the
mathematical framework for the Standard Model.
Consequently, each type of particle is described in terms of
a mathematical field.
Particles of Ordinary Matter
• The matter particles described by the Standard Model all
have an intrinsic spin whose value is determined to be 1/2,
making them fermions. For this reason, they follow the
Pauli Exclusion Principle.
• Apart from their antiparticle partners, a total of twelve
different matter particles are known. Six of these are
classified as quarks (up, down, strange, charm, top and
bottom), and the other six as leptons (electron, muon, tau,
and their corresponding neutrinos).
• These particles carry charges which make them susceptible
to the fundamental forces
• Each quark carries any one of three color charges – red,
green or blue, enabling them to participate in strong
interactions.
• The up-type quarks (up, charm, and top) carry an
electric charge of +2/3, and the down-type quarks
(down, strange, and bottom) carry an electric
charge of –1/3, enabling both types to participate
in electromagnetic interactions.
• Leptons do not carry any color charge – they are
color neutral, preventing them from participating
in strong interactions.
• The down-type leptons (the electron, the muon,
and the tau lepton) carry an electric charge of –1,
enabling them to participate in electromagnetic
interactions.
• The up–type leptons (the neutrinos) carry no
electric charge, preventing them from participating
in electromagnetic interactions
• Both, quarks and leptons carry a handful of flavor
charges , including the weak isospin, enabling all
particles to interact via the weak nuclear
interaction
• Pairs from each group (one up-type quark, one
down-type quarks, a lepton and its corresponding
neutrino) form a generation. Corresponding
particles between each generation are identical to
each other apart from their masses and flavors
Le 4 forze (= interazioni)
Intensità
10-38
10-5
10-2
1
Ogni forza è trasportata da una specifica particella
I leptoni
Neutrino: introdotto da Wolfgang
Pauli ed Enrico Fermi (1930) per
preservare la conservazione
dell’energia nel decadimento beta
dei nuclei
n p e n e
Tre famiglie, ognuna
contenente un “elettrone”
e un neutrino
I leptoni non subiscono
l’interazione forte…
…vi ricordate del muone??
Non costituiscono nessuna particella: sono solo loro stessi.
I quark
Murray Gell-Mann
“Three quarks for Muster Mark ”
J. Joyce, Finnegan’s Wake
Up e down costituiscono la materia ordinaria (p = uud, n = udd)
Gli altri (“Ma chi li ha chiesti?”) compongono tutte
le altre particelle osservate: materia non ‘ordinaria’.
