COS’ E’ IL
MODELLO STANDARD
Il Modello standard è una teoria fisica che
riassume tutte le attuali conoscenze nel campo delle particelle
elementari e delle forze che ne regolano le
interazioni fondamentali.
Tutte le interazioni osservate in natura possono spiegarsi mediante lo studio del
comportamento di un certo numero di particelle elementari. Poiché la materia è composta
dalle stesse particelle elementari, la base dello studio delle interazioni consiste
nell'analisi delle leggi che regolano l'azione mutua tra le particelle elementari; tale
analisi si semplifica considerando che tutte le forze conosciute si possono ridurre a
quattro tipi fondamentali i quali dovrebbero spiegare tutte le forze che si esercitano tra
le diverse parti dell'Universo.
Sino al sec. XIX si conoscevano solo due di queste interazioni, quella elettromagnetica
e quella gravitazionale. Alla velocità di propagazione di queste
interazioni, supposta infinita dalla fisica
newtoniana, fu assegnato dalla teoria della relatività di Einstein un valore uguale a quello della velocità
della luce nel vuoto.
Per quanto riguardava il modo di propagazione, già nel sec. XIX la teoria
classica dei campi assumeva che le
forze si propagassero attraverso campi specifici, la cui struttura poteva spiegare tutti i
fenomeni naturali. Nel sec. XX la meccanica quantistica e il principio di dualità onda-corpuscolo permettevano di spiegare tali campi in termini di interazioni di
particelle (i bosoni) il cui scambio tra i corpi produce la propagazione
dell'interazione.
Storicamente il secondo tipo di interazione studiata fu l'interazione elettromagnetica. Il
suo nome deriva dal fatto che elettricità e magnetismo sono due diversi aspetti dello
stesso fenomeno, peraltro più complesso della gravitazione, non solo per l'esistenza di
due tipi di cariche elettriche, ma anche per la dipendenza di queste interazioni dalla
velocità delle particelle cariche che ne sono responsabili.
Successivamente la scoperta del neutrone implicò la considerazione delle interazioni
forti aventi caratteristiche assai diverse da quelle delle interazioni
gravitazionali ed elettromagnetiche. Le interazioni forti infatti sono indipendenti dalla
carica elettrica e sono le forze responsabili dell’esistenza stessa dei nuclei, che
in assenza di tali forze tenderebbero a frantumarsi a causa della repulsione coulombiana
tra i protoni contenuti nel limitato volume nucleare.
Il decadimento del neutrone e l'ipotesi del neutrino indussero, infine, Fermi a introdurre un quarto tipo di interazione: le interazioni
deboli, di intensità inferiore a quelle forti, ma sensibilmente superiore a
quella delle interazioni gravitazionali ed elettromagnetiche.
Tali interazioni governa
no il decadimento di molte
particelle che interagiscono fortemente e sono responsabili del decadimento di certi
nuclei radioattivi.
L'agente responsabile delle interazioni deboli è rimasto sconosciuto fino agli inizi
degli anni Ottanta; fino a che nel 1983 il fisico italiano C. Rubbia con un gruppo di ricercatori del CERN di
Ginevra scoprì le particelle attraverso le quali interagiscono le i. deboli,
individuandole nei bosoni W e Zo.
E’ proprio cercando di mettere in ordine le nuove
scoperte, che i fisici nucleari iniziarono a costruire il Modello standard,
con l’intento di riuscire a spiegare tutte le interazioni con un unico modello.
Sotto questo profilo però il Modello standard presenta dei limiti che ostacolano il
raggiungimento dello scopo ultimo della fisica moderna.
In primo luogo, pur avendo riunificato la forza elettromagnetica e quella nucleare debole
(forza elettrodebole), il Modello standard :
