Missioni Consolata - Dicembre 2014

42 MC DICEMBRE 2014 A sinistra : microcosmo, sfera al plasma. Pagina accanto : lezione di fisica; si discute sulle carat- teristiche del bosone di Higgs e sulle implica- zioni sul Modello standard. Le particelle La fisica delle particelle T utto quanto vediamo e tocchiamo nell’universo, dalle galassie più lontane alla briciola di pane fino al nostro stesso corpo, è composto da sole quattro particelle chiamate in gergo particelle di «prima generazione»: quark up, quark down, neu- trino elettronico e elettrone. Per ragioni ancora sconosciute, da queste quattro particelle madri sono state replicate altre due gene- razioni, identiche in carica e spin, ma di massa via via maggiore, tanto che la particella elementare di terza generazione più grande, il top quark, ha la stessa massa di un atomo di oro. Nel Modello standard della fisica delle particelle, l’U- niverso e la sua evoluzione possono essere interpre- tati in termini di quark, che risentono di tutte e quat- tro le forze fondamentali della fisica (forte, debole, elettromagnetica, gravitazionale) e di leptoni, che, invece, non risentono della forza forte. Il quadro del Modello standard viene completato dalle interazioni tra le diverse particelle elementari. In realtà delle quattro forze fondamentali, solo tre vengono prese in considerazione dal modello: l’inte- razione forte, quella debole e l’elettromagnetica, mentre non viene contemplata la forza gravitazio- nale. Questo perché, se la forza gravitazionale influi- sce su grandi quantità di materia (pianeti, galassie, stelle), nella meccanica quantistica, che tiene conto di scale infinitesimali di materia, sono altre le intera- zioni che aggregano le particelle. La forza forte tiene legati i protoni e i neutroni all’in- terno del nucleo; la forza elettromagnetica «aggan- cia» gli elettroni attorno al nucleo atomico ed in que- sto modo è responsabile delle proprietà dei solidi, li- quidi e gas; la forza debole è responsabile delle tra- sformazioni all’interno del nucleo tra protoni e neu- troni e del loro decadimento radioattivo. È, ad esem- pio, l’interazione debole che porta l’idrogeno a tra- sformarsi in elio mediante la fusione nucleare, la rea- zione principale all’interno di una stella. Come agiscono queste forze sulla materia? Affinché queste interazioni vengano trasmesse alle particelle fondamentali, occorre che vi siano dei mediatori ( gauge ), cioè altre particelle che trasportino pac- chetti di forza a quark e leptoni. Questi «messaggeri» di forza sono i: • gluoni, mediatori di forza forte • fotoni, mediatori di forza elettromagnetica • bosoni W e Z, mediatori di forza debole • gravitoni, mediatori di forza gravitazionale, i quali non sono ancora stati osservati. Tra le quattro forze, quella gravitazionale è la più debole. • B OSONE DI H IGGS - Il bosone di Higgs è una particella (o quanto) che forma il campo di Higgs, responsa- bile nel conferire alle particelle una massa rallen- tando la loro velocità. • A DRONI - Gli adroni (da cui Lhc, Large Hadron Colli- der , Grande Collisore di Adroni, l’acceleratore di particelle del Cern) sono particelle (protoni, neu- troni) soggette a forza nucleare forte a loro volta formate da altre particelle: i quark. • Q UARK - Sono i mattoni della materia. La scoperta dei quark e della loro interazione con le forze che permeano l’intero universo (forza elettromagne- tica, forza forte, forza debole e forza gravitazio- nale) inaugurò una nuova era della fisica moderna: il Modello standard. Sono loro, i quark, a rappresentare oggi l’ àtomos , cioè l’indivisibile. La caratteristica dei quark è che hanno carica frazionaria, ma si compongono fra loro per formare gli adroni in modo da costituire cariche intere. • L EPTONI - Particelle elementari a cui appartengono l’elettrone e il neutrino a cui sono associate altri tipi di particelle: il muone, il tau (che sono elettroni più pesanti), il neutrino muonico e il neutrino tauo- nico (neutrini pesanti). • G LUONI - Dall’inglese glue , colla. Sono particelle prive di massa che «incollano» i quark permet- tendo la formazione di protoni e neutroni. Sono, in altre parole, dei mediatori dell’interazione forte.