Four Forces or interactions There are four fundamental

Four Forces or interactions There are four fundamental interactions in nature All forces can be attributed to these interactions Gravity is attractive; others can be repulsive Interactions are also responsible for decay

How do Particles Interact? Objects can interact without touching How do magnets “feel” each other to attract or repel?

How do Particles Interact? Objects can interact without touching How do magnets “feel” each other to attract or repel? How does the Earth attract the Moon?

How do Particles Interact? Objects can interact without touching How do magnets “feel” each other to attract or repel? A force is something communicated between objects

Interazione elettromagnetica The electromagnetic force causes opposite charges to attract and like charges to repel

Residual E-M Normally atoms are neutral having the same number of protons and electrons The charged parts of one atom can attract the charged parts of another atom Can bind atoms into molecules

Why Doesn’t a Nucleus Explode? A heavy nucleus contains many protons, all with positive charge These repel each other Why does it not blow apart?

Com’è fatto il nucleo di un atomo? SOLO PROTONI?

Com’è fatto il nucleo di un atomo? SOLO PROTONI? Ma. . . cariche dello stesso segno si respingono!!!!

Com’è fatto il nucleo di un atomo? SOLO PROTONI? Ma. . . cariche dello stesso segno si respingono!!!! !? Quindi il nucleo non può essere fatto solo di protoni

«Inventiamo» i NEUTRONI Particelle neutre elettricamente e che quindi non tendono a respingersi fra loro N L’ipotesi è la seguente: nel nucleo ci sono certamente protoni ma questi non si respingono fra loro perché la presenza dei neutroni lo impedisce I neutroni fanno da schermo alla repulsione elettrica tra i protoni

Com’è fatto il nucleo di un atomo? PROTONI E NEUTRONI! Ma anche questo modello di nucleo di atomo non corrisponde alla realtà!!!! N N N N che calcoli si. Nvede Eseguendo i il numero di protoni necessario perché i protoni non si respingano fra di loro è troppo grande. . . e i nuclei degli atomi nella realtà non sono così grandi!!!!

Com’è fatto il nucleo di un atomo? ? N N N N N

MA PROTONI E NEUTRONI ESISTONO N N N N N GLI ATOMI ESISTONO

e e e N N N N N e e e

L’ipotesi che riesce a spiegare benissimo la struttura dei nuclei degli atomi e il loro comportamento è che esista una forza attrattiva molto intensa, tale da prevalere sulla forza repulsiva elettromagnetica Questa forza deve agire tra protoni e protoni, tra neutroni e tra protoni e neutroni E’ una forza attrattiva molto intensa (forza forte) che agisce solo a distanze comparabili con il diametro di un nucleo atomico (forza nucleare); si dice che è una forza a «corto raggio d’azione» Forza o interazione nucleare forte

10 -10 10 -14 diametro medio del nucleo atomico 10 -15 10 -18 0, 00000001 m

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare) 10 -14 m

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare)

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare)

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare)

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare)

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare)

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare)

Un semplice meccanismo per capire come funziona la forza nucleare (interazione nucleare) Se i due protoni sono abbastanza veloci riescono ad avvicinarsi fra loro fino alla distanza di 10 -15 m può entrare in azione la forza nucleare che è più intensa di quella elettrostatica e sempre attrattiva

Le interazioni nucleari che permettono di spiegare, nelle stelle, la formazione dell’elio (He) a partire dall’idrogeno (H) Nucleo dell’atomo di Elio (He) N N

Teoria cinetica La temperatura assoluta di un gas perfetto è proporzionale all’energia cinetica media ed è la manifestazione macroscopica del moto di agitazione termica delle molecole; la grandezza fisica temperatura a livello microscopico, cioè a livello molecolare, non esiste. Per effetto del moto di agitazione termica, le molecole del gas si muovono disordinatamente in tutte le direzioni urtando, come tanti granellini di grandine, le pareti del contenitore.

1000 K

104 K

105 K

106 K

107 K

Qualcosa di simile avviene anche all’interno dei neutroni e dei protoni, tra i quarks

The Modern Atom A cloud of electrons in constant motion around the nucleus And protons and neutrons in motion in the nucleus And quarks in motion within the protons and neutrons

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Strong Force In addition to their electric charge, quarks also carry a new kind of charge called color charge The force between color charged particles is the “strong force” , l’interazione nucleare “forte”

Residual Strong Force The strong force between the quarks in one proton and the quarks in another proton is strong enough to overwhelm the repulsive electromagnetic force

Weak Force Weak interactions are responsible for the decay of massive quarks and leptons into lighter quarks and leptons Example: neutron to decay into proton + electron + neutrino This is why all matter consists of the lightest quarks and leptons (plus neutrinos)

Electroweak Force In the Standard Model, the weak and the electromagnetic forces have been combined into a unified electroweak theory At very short distances (~10 -18 meters), the weak and electromagnetic interactions have comparable strengths Force particles are photon, W and Z

What about Gravity? Gravity is very weak Relevant at macroscopic distances The gravity force carrier, the graviton, is predicted but has never been seen

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Interaction Summary MASSA carica elettrica carica di colore

Quantum Mechanics • Behavior of atoms and particles is described by Quantum Mechanics • Certain properties such as energy can have only discrete values, not continuous values

What Holds the World Together? • We have learned that the world is made up of six quarks and six leptons • Everything we see is a conglomeration of quarks and leptons (and their antiparticles)