Universit à delle liberEtà - Questioni di Fisica Contemporanea
Argomenti da trattare
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e
LHC
Acceleratori
Concetto di campo
Scattering
Antimateria
Modello standard: struttura e limiti
Particelle elementari: fermioni e bosoni
Fermioni: leptoni e quark
Ruolo del bosone di Higgs
Problemi aperti
Giuliana Catanese
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Lo scorso 10 settembre con il progetto ATLAS era partito uno dei
quattro esperimenti a cui lavorerà - l'LHC, Large Hadron Collider, il
super acceleratore di particelle e ultima creazione del CERN di
Ginevra, che secondo la comunità scientifica internazionale
rivoluzioner à in modo radicale la fisica e la nostra conoscenza
dell’universo.
la vice coordinatrice di ATLAS al CERN Fabiola Gianotti, una giovane
scienziata, guida un gruppo di 2500 scienziati provenienti da 169
istituti universitari e di ricerca di ben 37 nazioni, con culture e
formazione differenti.
L’Italia partecipa all’esperimento attraverso vari centri di ricerca e
numerosi dipartimenti universitari, coinvolgendo ben 600 ricercatori
italiani.
L’LHC corre in una galleria sotterranea di 27 km e al suo interno
viaggeranno nuvole di protoni che scontrandosi scateneranno energie
notevoli
“L’obiettivo – dice la Gianotti– sarà quello di riprodurre le condizioni
dell’universo quando aveva appena 10 microsecondi (10- 6 s) dallo
scoppio del Big Bang: sarà un plasma formato da quark e gluoni con
una potenza in gioco di 14 teraelettronvolt (14 mila miliardi di
elettronvolt =1012 eV), la più alta mai ottenuta”.
Principali obiettivi
Nel mirino di Lhc c'è la ricerca dell’ormai
famoso Bosone di Higgs, ma tanti altri sono gli
obiettivi tra i quali:
- Confermare l’esistenza e decifrare la natura
della materia oscura dell’universo;
- Avere maggiori informazioni sull’antimateria
- Individuare particelle del tutto nuove
- Incontrare dimensioni addizionali come quelle
previste dalla Teoria delle Stringhe
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Opinioni contrastanti
La fiducia nei risultati non è unanime:
• Comunque è gara aperta tra i fisici europei e Usa per trovare la
particella di Dio, il bosone di Higgs da cui dipenderebbe
l'esistenza della materia. Mentre l’ acceleratore di Ginevra, e‘
ancora fermo, il Tevatron del Fermilab, quello americano
situato nello stato di New York, lancia la sfida dagli Usa. Per gli
esperti americani la corsa sarebbe fifty -fifty e con un colpo di
fortuna potrebbe impennarsi al 96%.
• Ricordiamo che nel 1995 due gruppi separati di scienziati del
Fermilab hanno “trovato” l’altra particella mancante, il Top
Quark.
• Pare che gli scienziati del Fermilab, ottimizzando il vecchio
acceleratore a loro disposizione, possano essere in grado di
dimostrare l’esistenza del Bosone in tempi brevi. Tutto
dipenderebbe dalle effettive dimensioni del Bosone.
• Chiaramente non è una vera gara: molti degli scienziati che
lavorano ai due esperimenti sull’acceleratore Tevatron di
Fermilab (CDF e DZero) lavorano anche al CERN (e viceversa)
e gli USA stessi hanno contribuito con oltre mezzo miliardo di
dollari alla costruzione del centro europeo.
•
l'astrofisico Stephen Hawking ha scommesso con Peter Higgs che la
particella che porta il nome del fisico scozzese non verrà trovata; un esito
che avrebbe l'effetto di dover rimettere in discussione l'intero Modello
Standard, un evento secondo Hawking scientificamente molto più
interessante che non la conferma della teoria.
•
Secondo J.D.Barrow le energie che ci si aspetta di raggiungere all'LHC
sono ancora al di sotto di un fattore di circa un milione di miliardi di quelle
necessarie per raggiungere le energie necessarie per controllare
sperimentalmente lo schema di una quadruplice unificazione,
proposto da una "Teoria del Tutto".
•
Il fisico Vlatko Vedral ha avanzato l’ipotesi che l’origine della massa delle
particelle sia dovuta non al bosone di Higgs , bens ì all’entanglement
quantistico tra i bosoni
• LHC, il mega acceleratore di particelle del Cern,
dovrebbe comunque riprendere a lavorare dalla
prossima estate, forse anche a fine giugno.
• Secondo il Rapporto del Cern , l'incidente del
19 settembre scorso fu causato
"da una connessione elettrica danneggiata che
collegava due dei grandi magneti dell'acceleratore.
Questo danno prettamente meccanico provocò il
rilascio dal magnete di elio che si riversò nel tunnel.
Le procedure per la sicurezza scattarono subito ed il
sistema di sicurezza si dimostrò efficace, tanto che
nessuno fu soggetto ad alcun rischio".
2
Acceleratori
Acceleratore di Ginevra
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Acceleratore circolare di particelle
Un acceleratore di particelle è una macchina il cui scopo è quello di
produrre fasci di ioni o particelle subatomiche (elettroni,positroni, protoni,
antiprotoni ecc.) con "elevata" energia cinetica.
Tali macchine vengono usate principalmente per scopi industriali (60%)
come l’impiantazione di ioni (processo in cui degli ioni vengono impiantati in
un solido, cambiandone le propriet à fisiche ), medici (35%) come
sterilizzazione o produzione di isotopi radioattivi, per lo studio della
struttura dei materiali o per scopi di ricerca (5%) in fisica delle particelle
I metodi per accelerare particelle sono basati sull'uso di campi elettrici e
magnetici, di cui i primi forniscono energia alle particelle accelerandole ed i
secondi servono a curvarne la traiettoria (ad esempio negli acceleratori
circolari: ciclotrone e sincrotrone o a correggere dispersioni spaziali e di
impulso dei fasci accelerati.
I più numerosi e conosciuti acceleratori sono quelli a bassa energia, come
il vecchio tubo catodico della televisione o gli apparecchi per le radiografie
con raggi X.
Concetto di campo
Una delle idee più sconvolgenti che siano
state introdotte nella fisica è indubbiamente
l’idea di campo.
Deflessione
(campi magnetici)
magneti
Carlo Bernardini, Considerazioni sulla relativit à, La Fisica nella Scuola, XXXVIII, 1, 2005, p. 95.
In meccanica classica il concetto di forza fu inizialmente tratto
dall’esperienza quotidiana. Le forze presupponevano un contatto tra chi le
esercita e chi ne subiva gli effetti, queste sono le forze di contatto.
+
i R . F.
C a m p atori
r
le
e
acc
Mr. Proton
Accelerazione
(campi elettrici)
Esistono tuttavia anche forze a distanza che possono agire anche nello
spazio vuoto ne sono esempio l’attrazione gravitazionale,le interazioni
elettrica e magnetica. Newton a tal proposito disse
“Che un corpo possa agire su di un altro a una certa distanza senza
la mediazione di qualcos ’ altro è per me un’ assurdità cos ì grande che non
credo che alcuna persona con sufficiente capacità di ragionare su questioni
filosofiche possa mai credervi”.
Tuttavia poiché nonostante tutto la teoria di Newton funzionava il problema
delle forze a distanza fu accantonato .
3
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Il fatto che la forza gravitazionale è attrattiva a distanza tra due corpi che
sono lontanissimi nello spazio, non convinceva del tutto neppure Newton
in quanto aveva in sé qualcosa di magico e inspiegabile.
Il concetto di azione a distanza implica una azione istantanea della forza:
se la distanza tra gli oggetti aumenta, la forza tra di essi dim inuisce
istantaneamente.
Anche la legge di Coulomb in elettrostatica esprime un'azione a distanza
e sembrava dare conferma a Newton. Essa però concerne solo cariche
ferme.
Il problema concettuale rimaneva e spettò al fisico inglese Faraday, verso
la met à del XIX sec., il merito di aver sostituito il concetto di azione a
distanza con un concetto fisico più soddisfacente. Introdusse il concetto di
Campo Elettrico come una regione dello spazio nella quale un corpo
carico subisce l’azione di una forza elettrostatica a causa della presenza di
qualche altro corpo carico. Poi venne introdotto il campo magnet ico,ma
entrambi esistevano come strettamente collegati alle cariche. Faraday intuì
la possibilità che potessero esistere con una vita propria e Maxwell ne
diede una formulazione matematica
Prendere in considerazione cariche in movimento porta necessariamente
alla formulazione del concetto di campo con precise propriet à fisiche.
Faraday e poi Maxwell avevano immaginato che lo spazio vuoto non fosse
realmente privo di materia, ma completamente riempito da una sos tanza
molto tenue (etere), cui si poteva attribuire sotto forma di una qualche
sorta di tensione elastica la manifestazione delle interazioni elettriche e
magnetiche, Tale sostanza ,nessuno scienziato per ovvie ragioni, riuscì
mai ad individuare.
Ma sentiamo cosa dice lo stesso Einstein nella lezione
inaugurale del 1920 all’università di Leida
• Poi dopo gli esperimenti di Michelson e la teoria della
Relatività Ristretta (1905) di Einstein che affermava che
niente, nessuna informazione può trasferirsi
istantaneamente , cioè a velocità infinita, si parla di
propagazione delle onde elettromagnetiche, che viaggiano
alla stessa velocità della luce
• Definiamo un campo fisico come il risultato della
modificazione di una certa regione di spazio ad opera di un
ente fisico sorgente del campo stesso (ad esempio, una
carica elettrica, una calamita o una stella), la cui presenza è
rilevabile attraverso un'interazione.
• Esso non è un artificio matematico è proprio una grandezza
fisica (esprimibile o tramite un numero o tramite un
vettore) che in una certa regione di spazio assume valori
dipendenti dalla posizione, cioè è funzione delle
coordinate spaziali ed eventualmente anche del tempo.
• Con la Relatività Generale poi si arriva a dire che non esiste
spazio senza campo,
• La scoperta che alcuni meccanismi di interazione sono
quantizzati ha poi comportato l’applicazione della meccanica
quantistica alle teorie di campo e l’azione mediatrice del campo
viene descritta tramite lo scambio di quanti
• L’entità campo è fondamentale perché siano valide le leggi di
conservazione dell’energia e dell’impulso per particelle
interagenti*.
• Possiamo pensare il campo come un ente fisico che deve
esistere per ‘immagazzinare’ l’impulso e l’energia.
Per esempio nel fenomeno di annichilazione particellaantiparticella l’energia emessa non può risiedere nelle particelle
stesse ma si localizza proprio nel campo, ovvero nella zona
dello spazio in cui si risentono gli effetti specifici del fenomeno
*La dimostrazione è di Van Dam e Wigner pubblicata su un articolo del Phisical Review
nel 1966
4
Scattering
• Gli esperimenti di scattering sono l ’unica soluzione per
analizzare grandezze sub-atomiche, dal momento che
l’osservazione ‘tradizionale’ causerebbe una modifica nelle
condizioni di ciò che vorremmo vedere
• Per vedere dentro gli atomi mandiamo opportune sonde a
interagire con gli atomi,con i nuclei atomici e con le particelle
che li costituiscono.
• Le sonde usate possono essere elettroni, protoni… Per
‘vedere’ le particelle subatomiche occorrono particella
ancora più piccole. Ma quasi tutte le particelle che ci
circondano in condizioni ordinarie sarebbero troppo grandi.
• Sfruttando però gli effetti del principio di indeterminazione,
i fisici delle alte energie aumentano negli acceleratori la
quantità di moto di una particella riuscendo cos ì a diminuire
la sua lunghezza d'onda in modo da poterla usare come
sonda.
Esperimenti
Bersaglio
fisso
e collisionatori
“a bersaglio fisso”
Esperimenti
“con collisionatori”
Fascio di particelle su un bersaglio
Collisioni frontali tra due fasci di
particelle
Densità dei corpi solidi
Õ alte probabilità di interazione
Adatti per ricerca di eventi rari
fascio
bersaglio
Fascio
(450 GeV)
rivelatore
Bersaglio
(a riposo)
Energia di collisione 29 GeV
Energie (di collisione) molto elevate
Ma i fasci hanno bassa densità
fascio
fascio
rivelatore
Fascio
Fascio
(450 GeV) (450 GeV)
Principio d’indeterminazione
Formulato dallo scienziato tedesco Werner Heisenberg
nel 1927.
Esso può esprimersi cos ì:
Se in qualsiasi misura riguardante la posizione e la
velocità di un corpo moltiplichiamo tra loro l ’incertezza dx
con cui conosciamo il valore della posizione e
l’incertezza d(mv) con cui conosciamo il valore della
quantità di moto, non possiamo mai trovare un risultato
minore di un valore pari a 6,63*10-34 Js costante di
Planck indicata generalmente con h
In formula:
dx*d(mv) >=h
Collisionatori
elettrone-positrone
(materia)
(antimateria)
Punti di
collisione
LEP al CERN
100 + 100 GeV
Un rivelatore in
ciascun punto di
collisione
Energia di collisione 900 GeV
5
•
Il primo tipo di esperimenti consiste nella collisione fra un
fascio di particelle ed un certo bersaglio fisso od in movimento
(detto “target”). Il bersaglio provoca la diffusione del fascio
incidente e le particelle deviate vengono individuate da un
apposito rivelatore.
Meccanismo della visione
•
oggetto
• le immagini che si ottengono non sono del tipo usuale, ma
dall’analisi dei dati che si ricavano mediante l ’elaborazione
computerizzata si può ricostruire la struttura che c ’è dietro.
•
•
• Così esposto, questo tipo di esperienza può sembrare molto
lontano dall’esperienza comune, tuttavia il più semplice ed
immediato esempio di scattering fa parte della quotidianit à:
infatti, ogni volta che osserviamo qualcosa, il nostro occhio non
fa altro che raccogliere la radiazione luminosa diffusa dagli
oggetti da noi visti.
Sorgente luminosa
occhio
Un buon modello dell’occhio
consiste nel considerarlo come un
"sensore" attivato dalla luce che vi
penetra, fondamentalmente non
molto diverso da una macchina
fotografica.
Come la macchina fotografica,
l’occhio possiede una lente e una
zona fotosensibile.
Come una macchina fotografica,
l’occhio riceve e registra i segnali
luminosi, ma non li interpreta. Il
compito di decodificare e
interpretare i segnali luminosi è
svolto dal cervello che ne riceve la
"registrazione" tramite il nervo
ottico.
CENNO STORICO SULLE IDEE DEL
MECCANISMO DELLA VISIONE
La filosofia greco-romana per spiegare come l’uomo venisse a conoscenza
del mondo esterno ipotizzò l’esistenza dei sensi, organi periferici, collegati
tramite i nervi ad un organo centrale, il cervello, sede dell’anima o psiche.
• I segnali pervenuti ai sensi e inviati alla psiche per mezzo dei nervi sono
elaborati e vengono rappresentati in modo caratteristico. Per es empio, se
essi pervengono alle orecchie, sono suoni, se pervengono agli oc chi, sono
immagini. In altri termini, a quel tempo c’era la convinzione che il suono, il
caldo, il freddo, la luce ed il colore, come pure il sapore e l’odore, fossero
entità create dalla psiche per rappresentare i segnali del mondo esterno.
• Le più diffuse teorie sul meccanismo della visione erano:
· La teoria delle scorze
· La teoria dei raggi visuali.
• Per trovare una svolta circa le idee sul meccanismo della visione, bisogna
giungere alla cosiddetta scuola araba con il suo maggiore espone nte, il
fisico noto in occidente col nome di Alhazen che per la prima volta nella storia
•
dell’ ottica, parla della camera oscura (1038),
antimateria
• L'antimateria è la materia composta dalle antiparticelle
corrispondenti alle particelle che costituiscono la materia
ordinaria. Ad esempio, un atomo di antidrogeno è composto da
un antiprotone caricato negativamente, attorno al quale orbita
un positrone (antielettrone) caricato positivamente. Se una
coppia particella/antiparticella viene a contatto, le due si
annichilano emettendo radiazione elettromagnetica.
• La prima ipotesi dell'esistenza dell'Antimateria fu ad opera del
fisico Paul Dirac nel 1930 che per primo pensò al positrone
come antiparticella dell ‘elettrone.
• Nel 1932 Carl David Anderson ne diede la conferma
sperimentale dell'esistenza.
• Nel 1959 i fisici Emilio Segrè e Owen Chamberlein scoprirono
l‘antiprotone grazie al quale ricevettero il premio Nobel.
• Nel 1965 al CERN di Ginevra con l'acceleratore di particelle PS
(Protosincrotone) il gruppo di ricerca condotto dal fisico italiano
Antonio Zichicchi scopr ì il primo nucleo di antimateria,
6
19 settembre 2002 - 08.17
• L'antimateria è una realtà
• L'antimateria non è fantascienza ma è
stata documentata
• Dopo una lotta serrata con un gruppo
concorrente, un team internazionale di
fisici del CERN ha prodotto migliaia di
atomi di antidrogeno.
• Non dobbiamo comunque pensare che
l'antimateria,sia del tutto estranea alla realtà nostra,
per es. ha anche applicazioni tecnologiche : la
tomografia ad emissione di positroni o PET,è uno
strumento di diagnostica medica che utilizza
l'emissione di positroni per realizzare immagini ad alta
risoluzione degli organi interni dei pazienti.
• L' antimateria è uno dei grandi misteri della teoria del
Big Bang, in quanto ci si aspetterebbe che
inizialmente ci fosse stata una produzione di materia e
antimateria in proporzioni uguali e un conseguente
annichilimento.
• Un ipotesi che viene formulata è che ci sia stato un
leggero squilibrio in favore della materia ha fatto sì
che quest'ultima non venisse completamente
annichilita, rendendo possibile la formazione di un
universo stabile, che è quello in cui viviamo
Notizia di questi giorni!!
Un gruppo di fisici coordinati dall’Italiano Istituto Nazionale di
Fisica Nucleare, ha inviato nello spazio in orbita a 450 km
dalla terra uno strumento chiamato Pamela su di un satellite
russo e ha cos ì individuato una ‘fabbrica’ di antimateria situata
nelle vicinanze della nostra galassia.
Il prof. Picozza dell’università di Tor Vergata a Roma ha
rilevato che le particelle di antimateria individuate si
concentrerebbero ad alti livelli di energia (in linea con le
modellizzazioni fatte) e ciò deporrebbe a favore del fatto che
l’origine di tale antimateria potrebbe anche essere la
misteriosa materia oscura.
Di materia oscura e di energia oscura sarebbe composto il
96% dell’universo, eppure nessuno sa quale possa essere la
loro natura.
• Il processo di annichilizzazione permetterebbe di
ottenere enormi quantità di energia da quantità molto
piccole di materia ed antimateria, per es. circa 70 volte
l'energia prodotta dalla fusione nucleare dell'idrogeno in
elio e quattro miliardi di volte l'energia prodotta dalla
combustione del petrolio. L'energia ottenibile dalla reazione
di pochi grammi di antimateria con altrettanti di materia
sarebbe sufficiente a portare una piccola navicella spaziale
sulla luna.
• Il suo possibile sfruttamento rimane però solo una curiosit à
scientifica,a meno che non vengano scoperte fonti naturali
di antimateria o non si trovi un processo efficiente di
produzione della stessa e per la sua conservazione per
tempi lunghi, evitando che si annichilisca con la materia
che ne costituirebbe il serbatoio.
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Come è fatto il mondo ?
Particelle elementari e non
• Da sempre l'uomo si è chiesto di che cosa
è fatto il mondo.
• Una prima risposta a questa domanda
venne dagli antichi greci. Essi si erano
costruiti un modello della realtà basato
sulla combinazione di 4 elementi base:
terra, aria, acqua e fuoco.
• Questo modello teorico aveva un grande
fascino anche se era sbagliato!
• Democrito parlò di atomi come particelle elementari non
divisibili, ma tutti noi ora sappiamo che in realtà l’atomo è
composto da elettroni, protoni e neutroni.
• Il concetto di particella elementare è dunque legato al
momento storico e alla teoria che è alla base della concezione
dell’universo
• Va notato che il termine particella, pur essendo entrato
nell'uso comune, non sarebbe adeguato , in quanto la
meccanica quantistica ha eliminato la distinzione tra particelle
e onde che aveva caratterizzato la fisica del XIX secolo.
• Intenderemo perciò come particelle delle entità dotate sia
di aspetti corpuscolari che di aspetti ondulatori, tra loro
indissolubilmente legati.
Modello standard (MS)
Limiti di MS
• Il Modello standard è una teoria che è stata
formalizzato negli anni ‘70 del secolo scorso .
• Descrive tutta la ‘realtà’ nota sia nella struttura sia in
tre delle interazioni fondamentali (interazione forte,
elettromagnetica e debole ) a partire da due gruppi di
particelle elementari : Fermioni e Bosoni
• Si tratta di una teoria coerente sia con la Meccanica
Quantistica che con la Relatività Ristretta, non con la
Relatività Generale.
• Ad oggi, le previsioni del Modello standard sono state
in larga parte verificate sperimentalmente con
un'ottima precisione.
• Esso non può essere considerato una teoria completa delle
interazioni fondamentali in quanto non comprende la Gravità
per la quale non esiste ad oggi una teoria quantistica
coerente.
• Non prevede, inoltre, l'esistenza della materia oscura che
costituisce gran parte della materia esistente nell ‘Universo.
• E inoltre pone gravi problemi con le masse delle particelle
elementari: sostiene infatti che le particelle elementari non
dovrebbero avere massa.
• E questo è un bel controsenso, perché se le cose hanno
massa, dovrebbero avercela anche le particelle che le
compongono. Il problema è che se aggiungiamo “a mano”
nella teoria la massa delle particelle, le equazioni vengono
distrutte e non valgono più alcune importanti invarianze..
8
Materia ordinaria
la materia ordinaria è composta da molecole ,che
a loro volta sono composte di atomi che a loro
volta sono costituiti da tre sole particelle
elementari
•Quark up
•Quark down
•Elettrone
E dai bosoni mediatori che sono i ‘portatori’ delle
varie forze che intervengono
Struttura nucleoni
• Protone è formato da tre quark base, detti quark di
valenza, due up (ciascuno con carica positiva pari a
2/3 della carica totale del protone) e un down (con
carica -1/3)
• Neutrone è formato da due down e un up
Modello a quark del protone
elettronvolt
•
Un elettronvolt (simbolo eV) è l‘energia acquistata da un elettrone libero
quando passa attraverso una ddp elettrico di 1 volt.
Sono molto usati i suoi multipli keV ( kilo- eV, ossia 1000 elettronvolt), MeV
(mega- eV, cioè un milione di elettronvolt) e GeV (giga- eV, cioè un miliardo
di elettronvolt).
•
Un elettronvolt è 1 volt (cioè 1 joule diviso per 1 coulomb) moltiplicato per la
carica dell'elettrone; ne risulta un quantitativo molto piccolo di energia:
– 1 eV = 1,602 176 46 × 10-19 J;
•
Nella Fisica delle particelle, il megaelettronvolt (1 M e V = 106 eV) e il
gigaelettronvolt (1 GeV = 1 09 eV) sono utilizzati per misurare la massa
delle particelle elementari, usando l‘ equazione famosa di Einstein:
– E = m c2
dove E sta per energia, m per massa e c è la velocità della luce nel vuoto.
•
In queste unit à, la massa di un elettrone è di 0,511 MeV(~ 105 eV), e quella
di un protone di 938 MeV (~ 108 eV),.
• la struttura interna dei nucleoni (neutroni e protoni) in realtà
è molto complicata : i tre quark non sono completamente liberi
e hanno distribuzioni spaziali leggermente differenti fra loro
(poiché hanno massa e carica elettrica differenti, inoltre, oltre ai
tre quark di base che determinano la carica totale del nucleone,
all'interno dei nucleoni si trova anche un'infinità di coppie quarkantiquark che vengono continuamente create e distrutte (i
cosiddetti quark del mare) hanno una carica totale nulla e
dunque non alterano la carica totale del nucleone.
• I neutroni, che nel complesso sono elettricamente neutri, hanno
un leggero eccesso di carica elettrica positiva all'interno e di
conseguenza un leggero eccesso di carica negative in
superficie. Sappiamo quindi che le distribuzioni spaziali dei tre
quark di valenza, ma anche quella delle addizionali coppie
quark-antiquark del mare, non sono perfettamente simmetriche.
9
• L'interazione che tiene legati i quark all'interno
del protone e del neutrone è la cosiddetta
interazione nucleare forte.
• Questa a differenza dell’'interazione
elettromagnetica fra due particelle con carica
elettrica che diminuisce all'aumentare della
loro distanza, aumenta all'aumentare della
distanza fra i quark all'interno di un protone.
Questo fenomeno è all'origine del cosiddetto
meccanismo di confinamento dei quark, il
meccanismo che impedisce di estrarre da
protoni e neutroni un singolo quark.
• I quark non sono mai stati osservati
isolatamente
Riepilogando per la materia ordinaria
le particelle elementari sono:
•
•
•
•
Quark up
Quark down
Elettrone
Bosoni di gauge
Particelle portatrici di forza
• Nel Modello Standard l’interazione nucleare forte è
mediata da un altro tipo di particelle, dai gluoni e
l’interazione elettromagnetica è mediata dai fotoni
• Gluoni e fotoni sono bosoni di gauge ,oltre ai quark ,
anche queste particelle fondamentali
• Ci sono tre tipi di bosoni di gauge : i fotoni , i gluoni e i
bosoni W e Z che sono tutti Bosoni vettori o anche
bosoni vettore intermedi .
• Questi bosoni, sono i responsabili delle tre forze
principali, rispettivamente in ordine: Forza
elettromagnetica, Forza nucleare forte e Forza nucleare
debole
Complicheremo poi le cose…
tentando una classificazione
di tutte le particelle
elementari finora trovate o
previste
10
Costanti di Planck
•
•
•
•
Costante di Planck data dal rapporto tra l’energia di un quanto e la
sua frequenza
h= 6.6 10-34 Js
o razionalizzata
h = h/ 2 p =1.054 10-34 Js
Lunghezza di Planck distanze per cui smette di essere valido il
modello gravitazionale classico
LP =vG h/c 3~ 10-35 m
(il protone è 10-15m)
Massa di Planck
m P =vc h/G~ 10-8 Kg= 10 19 GeV
negli acceleratori si raggiungono 10 3 GeV pertanto gli effetti
quantogravitazionali sono trascurabili negli esperimenti di
laboratorio
Tempo di Planck
tempo in cui il fotone percorre la lunghezza di P
LP =vG h/c 5~ 10-43 s
Bibliografia e Sitografia
•
Bergamaschini -Marazzini -Mazzoni Quanti particelle cosmologia Signorelli Ed.
•
Albert Einstein e altri, Relatività e Spazio Geometria Fisica, Boringhieri,
Torino 1967.
•
Brian Greene L’ universo elegante Einaudi tascabili
•
http://en.wikipedia.org/wiki/Spin_(physics)
•
•
•
http://www.unimi.it/indice_analitico /32836.htm
http://webcast.cern.ch/
http://www.coscienza.org/scienza/higgs_muone_tau.htm
•
•
http://www.robertofantini.it/home_frame.htm
http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htm?mainRecord=http://ww w.lngs.inf
n.it/lngs_infn/contents/lngs_en/research/experiments_scientific_info/
http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761579537/Modello_Standar d.html
http://www.bivacco.net/marco/index.php/2007/01/23/il-bosone-di-higgs spiegato-a-oliver/
•
•
•
www1.webng.com/liceo/conferenze/campo.pdf
11
