Liceo Classico “Gioberti”, Torino
Liceo Classico “V.Gioberti”
Prof.sse: P.Porta e T.Morgante
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La composizione della materia: modelli
• Nell’antichita’ : Democrito e Leucippo
– ATOMO : costituente indivisibile della materia
• 1897: Thompson
– Scoperta dell’elettrone
– Modello atomico a “panettone”
• ~1900: Rutherford
–
–
–
–
Inviando fascio particelle alfa
Modello “sistema solare”
Raggio nucleo ~ 10^-4 * Raggio atomo
Instabilita’ orbite
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Ancora modelli
• 1913: Bohr
– Elettroni circolano su orbite ben precise
– Orbite stabili -> elettroni non perdono energia
– Emissione/Assorbimento energia dagli elettroni SOLO
quando passano da un’orbita permessa ad un’altra
– Tali emissioni/assorbimenti avvengono per pacchetti di
energia (-> a frequenze) ben precise
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Modello di Bohr e le onde di De Broglie
• 1923: De Broglie
– Da Einstein: i fotoni sono sia “corpuscoli” sia onde
– Ma allora anche gli elettroni hanno natura duale: possono
avere anch’essi caratteristiche tipiche delle onde
– Riottiene i risultati di Bohr sulle orbite degli elettroni,
considerandoli come onde
– Le onde di materia non ci dicono precisamente dove e’
situata una particella, ma indicano la probabilita’ di
trovarla in un dato luogo.
• Principio di indeterminazione di Heisenberg
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Modello quantistico atomo idrogeno
• Schroedinger: ha definito con precisione i livelli
energetici (= porzioni di volume attorno al nucleo)
nei quali e’ possibile trovare uno o piu’ elettroni
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Dall’atomo al suo nucleo
• Il nucleo di un atomo e’ costituito da nucleoni:
– protoni: di massa ~ 1836 volte quella dell’elettrone, e
carica elettrica +e
– neutroni: particelle neutre di massa di poco maggiore a
quella dei protoni
• Definizione:
– numero atomico Z == numero di protoni
– numero di massa A == numero di neutroni N + Z
es: Carbonio 14:
14
6
C
A=14, Z=6,N=8
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Forza nucleare forte
• È la forza che nel nucleo controbilancia la forza
elettrostatica repulsiva permettendo l’esistenza
dei nuclei.
• Ha un raggio di azione di 10^-15 metri.
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Particelle elementari
• L’elettrone e’ considerato elementare
• Protoni e neutroni, invece, sono a loro volta
formati da ulteriori particelle piu’piccole:
– i Quark
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I Costitutenti della materia
(10-18 m )
Elettroni
Atomo
nucleo
nucleone
quark
10-10 m
10-14 m
10-15 m
10-18 m
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I Quark
• L’esistenza dei quark è stata ipotizzata nel 1963 da GellMann e Zweig per spiegare la “zoologia” delle particelle
elementari.
• Il loro nome deriva da una frase enigmatica tratta dal
romanzo di James Joyce “FinnegansWakes” .
“Three quarks for Mr. Marks!”
• Sono stati scoperti negli anni ‘70 e ’90.
• Costituiscono, per quanto ne sappiamo i mattoni fondamentali
della materia ordinaria.
• Sono dotati di massa, carica elettrica e di un nuovo tipo di
carica che può assumere tre diversi valori.
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Le forze fondamentali della natura
• Forza Gravitazionale
– intensita’ 10^-43
• Forza nucleare debole
– intensita’ 10^-6
Forza elettrodebole
• Forza elettromagnetica
– intensita’ 10^-2
?
• Forza nucleare forte
– intensita’ 1
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Forze e particelle elementari
• Leptoni: particelle elementari che risentono SOLO
della forza nucleare debole ma non di quella forte
– Sono sei: Elettrone,
• Muone, Tau,Neutrino Elettrone, Neutrino Muone, Neutrino
del Tau
• Adroni: particelle che risentono di ENTRAMBE le
forze nucleari e della gravita’. Non sono
elementari, ma composti da Quark.
– Si dividono in
• Mesoni: due quark
• Barioni: tre quark (es. Protone, Neutrone)
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Modello Standard
adroni
leptoni
Up
Down
e
νe
Strange
Charm
µ
νµ
Top
Bottom
τ
ντ
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Radioattivita’
• Nuclei stabili fino a Z ~83
• Con piu’ protoni, i nuclei sono instabili.
• Instabilita’ equivale a :
– cambio di struttura
– emissione di particelle
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Particelle radioattive
• Particella alfa: sono costituite da due neutroni e
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due protoni; si indicano con α.
He
2
• Particelle beta: sono gli elettroni emessi da un
nucleo; si indicano con β−.
• Positroni: hanno massa uguale ad un elettrone, ma
carica positiva; si indicano con β+ .
– Un positrone e’ l’antiparticella dell’elettrone
• Raggio gamma: un fotone di alta energia; si
indicano con γ .
– Un nucleo emette un raggio γ e passa ad un livello
energetico inferiore
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I decadimenti
• Decadimento alfa: il nucleo perde due neutroni e due protoni
– Z decresce di 2
– Il numero di massa A di 4
• Decadimento beta-: un neutrone si trasforma in un protone e
in un elettrone
– Z aumenta di 1
– Il numero di massa A rimane invariato
• Decadimento beta+: il nucleo emette un positrone.
– Z decresce di 1
– Il numero di massa A rimane invariato
• Decadimento gamma: un nucleo da livello instabile passa ad un
livello energetico inferiore, stabile, emettendo un fotone ad
alta energia.
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