Introduzione Verso linfinitamente piccolo La materia e composta

Introduzione

Verso l'infinitamente piccolo La materia e' composta da atomi. L'atomo e' composto dal nucleo e dagli elettroni che ci orbitano intorno. Il nucleo e' composto da protoni e neutroni (detti nucleoni). L'atomo piu' semplice e' quello di idrogeno, il cui nucleo e' composto da un solo protone. Il numero di protoni definisce le proprieta' chimiche. Mendeleev, 1869 Protoni e neutroni non sono particelle elementari, ma sono composti da 3 quarks.

Il Modello Standard delle particelle elementari Il Modello Standard e' una teoria che descrive le particelle elementari e le interazioni fra esse (esclusa la forza di gravita'). La materia e' costituita da quark e leptoni, ordinati in tre generazioni di masse crescenti. Gli atomi sono composti da particelle della prima generazione. barione q q q mesone I quark sono particelle elementari, ma non si possono osservare isolati in natura. Si osservano invece stati legati di 3 quarks (barioni) o quark-antiquark (mesoni). Esempi di barioni: protone=uud, neutrone=udd. I pioni sono mesoni composti da quark ed antiquark della prima generazione. I mesoni K contengono un quark o un antiquark s.

Il Modello Standard delle particelle elementari Le interazioni avvengono mediante scambio di particelle: elettromagnetica fotone g debole W, Z Forza repulsiva tra due elettroni forte gluone g secondo la fisica classica. F=k e 2 r 2 I quarks sono soggetti alle interazioni forte, Interazione tra due elettroni mediante elettromagnetica e debole. scambio di fotoni secondo la meccanica I leptoni e m t sono soggetti alle interazioni quantistica relativistica. elettromagnetica e debole. I neutrini sono particelle neutre e interagiscono tramite la sola interazione debole. Il bosone di Higgs fornisce le masse alle particelle del Modello Standard.

I neutrini sono particelle di massa molto piccola che interagiscono debolmente con la materia. Esistono tre tipi diversi di neutrini, ciascuno associato al proprio leptone carico massivo, l. ll l l ll Detector Il fatto che i tre tipi di neutrino abbiano masse differenti rende possibile la trasmutazione di un tipo nell'altro (oscillazione). La probabilita' di oscillazione dipende dalla differenza delle masse al quadrato e dal cammino percorso (L).

La radiazione elettromagnetica ha una duplice natura: ondulatoria e corpuscolare (fotone). Relazione tra l'energia del fotone (E) e la lunghezza d'onda della radiazione (l): E= hc l h=costante di Planck (6. 626 10 -34 Js) c=velocita' della luce (2. 998 108 m/s)

La Storia dell’Universo

Nucleosintesi H, He, Li sono stati prodotti nella nucleosintesi primordiale dopo il Big Bang. Nelle stelle vengono prodotti mediante fusione termonucleare tutti nuclei fino al Fe. Gli elementi piu' pesanti del Fe vengono prodotti nelle esplosioni di supernova.

Due domande aperte Cos'e' la materia oscura ? Si definisce materia oscura quella componente di materia che si manifesta attraverso i suoi effetti gravitazionali ma che non e' direttamente osservabile tramite emissione di radiazione elettromagnetica. Si pensa che sia costituita da particelle neutre molto pesanti, residue del Big Bang, che si addensano intorno alle galassie per effetto della forza gravitazionale. Tali particelle non sono descritte nel Modello Standard. Lo studio della velocita' di rotazione delle galassie, degli ammassi di galassie e piu' recentemente della radiazione fossile del Big Bang (radiazione di fondo cosmico) ci danno una prova dell'esistenza della materia oscura e ne forniscono una stima della quantita'. Che fine ha fatto l'antimateria ? Nella teoria del Modello Standard, l'asimmetria tra materia e antimateria (violazione di CP) non e' in misura tale da giustificare un universo fatto di sola materia.

Potenze e unita' di misura dell'energia Elevamento a potenza: n zeri 100. . . 00 ; esempio: 109=1 miliardo 10 -n = 1/10 n ; esempio: 10 -9=1 miliardesimo 10 n = 1 e. V= energia cinetica acquisita da un elettrone accelerato da una differenza di potenziale di 1 V. 1 Me. V = 106 e. V ; 1 Ge. V = 109 e. V ; 1 Te. V = 1012 e. V La massa e' una forma di energia (Einstein): E = m c 2 Esempio: massa del protone = 1. 67 10 -27 kg = 938 Me. V Esempio: massa dell'elettrone = 9. 11 10 -31 kg = 0. 511 Me. V