Particelle precedenti agli acceleratori
Negli anni Trenta, la comprensione della struttura fondamentale della materia sembrava quasi completa. Alcuni decenni prima, Rutherford aveva mostrato che gli
ATOMI hanno nuclei relativamente piccoli, ma dotati di massa. La Teoria Quantica aveva dato un senso agli spettri e alle orbite elettroniche. La scoperta del neutrone aveva spiegato l' esistenza degli isotopi. Così protoni, neutroni ed elettroni rappresentavano i mattoni fondamentali di tutta la materia. Alcuni dubbi restavano, comunque.Che cosa tiene insieme protoni e neutroni a formare il nucleo?
Quali sono le forze coinvolte nel decadimento radioattivo del nucleo che produce raggi alfa, beta e gamma?
Per studiare il nucleo e le interazioni tra i protoni e neutroni che lo formano, i fisici avevano bisogno di uno strumento che indagasse all' interno del microscopico nucleo, come gli esperimenti precedenti avevano indagato l' interno dell' atomo. L' acceleratore permette di analizzare strutture molto molto piccole producendo particelle con un momento elevatissimo e quindi con lunghezze d' onda molto corte. Infatti, la lunghezza d' onda è inversamente proporzionale al momento della particella.
Con grande sorpresa dei fisici, gli esperimenti con gli acceleratori rivelarono che il mondo delle particelle era ricchissimo; molti tipi di particelle simili a protoni e neutroni (i barioni) furono scoperti, assieme ad un' intera nuova famiglia di particelle, i mesoni.
All' inizio degli anni Sessanta, un centinaio di particelle diverse erano state scoperte, e i fisici ancora non avevano idea di cosa fossero le forze fondamentali.
La proposta dei
quark e gli adroniNel 1964, due fisici - Murray Gell-Mann e George Zweig - giunsero indipendentemente all' idea che neutroni, protoni e tutte quelle nuove particelle potessero essere formate da pochi tipi da particelle più piccole, che Gell-Mann chiamò
quarks, non osservabili separatamente ma solo nelle particelle che essi stessi formano, gli adroni.Al contrario dei quarks, qualunque dei sei
leptoni può essere osservato separatamente. L' elettrone è il leptone più conosciuto. Gli altri leptoni carichi, il muone (scoperto nel 1936) e il tau (scoperto nel 1975) differiscono dall' elettrone solo per la loro maggiore massa.Gli altri tre leptoni sono particelle molto elusive chiamate neutrini, che non hanno alcuna carica elettrica e, probabilmente, una massa talmente piccola da sembrare nulla. Esitono tre tipi di neutrini, nominati dal corrispondente leptone carico (es: neutrino elettronico).
Per ognuno dei sei leptoni esiste un' antiparticella con ugual massa e carica opposta.
Per ognuna della particelle conosciute, si possono inoltre individuare alcune CARATTERISTICHE INTRINSECHE: massa, carica elettrica, spin e vita media.
Ma che cosa tiene assieme questi mattoni fondamentali della materia?
Tutte le forze dovute alle particelle materiali nella meccanica quantistica dovrebbero essere trasportate da
particelle con spin intero: 0, 1 o 2 (bosoni).Quello che accade è che una particella dotata di massa, un elettrone o un quark, emette una particella che trasporta una forza. Per il principio di azione-reazione, la prima particella vede la sua velocità modificata; la particella portatrice entra in collisione con un' altra particella materiale, che a sua volta subisce una variazione di velocità. In questo modo tra le due particelle dotate di massa si è esercitata una forza.
Una proprietà importantisima dei bosoni è che essi non obbediscono al principio di esclusione: non c' è quindi limite al numero che ne può essere scambiato e si può dare origine ad una forza molto forte.
Ma se le particelle portatrici hanno massa elevata, sarà difficile produrle e scambiarle su grandi distanze: le forze prodotte avranno perciò un raggio d' azione molto breve. Se invece le particelle portatrici non hanno massa propria, le forze potranno esercitarsi su grandi distanze. Ecco perchè le particelle portatrici sono dette "virtuali": esse non possono essere direttamente scoperte da un rivelatore, ma ne possono solo essere osservati gli effetti.
Le particelle portatrici sono raggruppate in quattro categorie, a seconda dell' intensità della forza di cui sono responsabili. Bisogna sottolineare che questa è una divisione del tutto arbitraria e i fisici sperano sempre di poter unificare tutte le forze come aspetti diversi di un' unica forza.
La prima gategoria è la
FORZA GRAVITAZIONALE, quella successiva è la FORZA ELETTROMAGNETICA, la terza è chiamata FORZA NUCLEARE DEBOLE e l' ultima FORZA NUCLEARE FORTE.Il Modello Standard: tentativi di UNIFICAZIONE e DOMANDE ANCORA APERTE..
STORIA DELLA FISICA DELLE PARTICELLE