La Fisica delle particelle studia la struttura del

La Fisica delle particelle studia la struttura del mondo in termini dei suoi costituenti elementari e delle leggi che regolano le loro interazioni e le forze che le determinano. Universo 1026 m Elettrone e quark < 10 -18 m Cluster di galassie 1022 m Protone e neutrone 10 -15 m Galassia 1019 m Lo sviluppo delle conoscenze in fisica è basato sull’azione combinata di esperimento e teoria. Nucleo 10 -14 m Sistema solare 1012 m I fisici teorici elaborano teorie per spiegare i fatti sperimentali e per predire nuovi fenomeni che sono sempre da verificare sperimentalmente. Spesso i progressi maggiori sono venuti quando risultati sperimentali hanno contraddetto le previsioni teoriche, rendendo necessaria la modifica delle vecchie o la costruzione di nuove teorie. Atomo 10 -10 m Uomo 1 m I costituenti elementari sono estremamente piccoli rispetto alle dimensioni dell’atomo. Per confronto, se protoni e neutroni fossero palle di 10 cm di diametro, elettroni e quark avrebbero dimensioni di 0. 1 mm e un atomo sarebbe grande 10 Km. L’atomo è essenzialmente vuoto ! Il Modello Standard è la teoria più accreditata per la descrizione delle particelle fondamentali (quarks e leptoni) e le loro antiparticelle; secondo tale modello esistono tre famiglie simili ma distinte di particelle fondamentali, tutte fermioni di spin 1/2. Per spin si intende il momento angolare intrinseco di una particella. Esso è dato in unità di h/2 p = 1. 05 x 10 -34 Js, dove h è la costante di Planck. Fermioni sono tutte le particelle che hanno spin semintero, cioè 1/2, 3/2, . . . Sotto i nomi delle particelle sono indicate le masse, espresse in Ge. V/c 2 (si ricordi che E=mc 2). L’unità di energia è l’ e. V, che è l’energia acquistata da un elettrone passando attraverso una differenza di potenziale di 1 volt. Pertanto 1 Ge. V = 109 e. V = 1. 60 x 10 -10 joule. La massa di un protone è 0. 938 Ge. V/c 2 = 1. 67 x 10 -27 Kg. Le cariche elettriche sono date in unità della carica elettrica del protone (1. 60 x 10 -19 coulomb). Attualmente quattro sono le forze fondamentali conosciute: gravitazionale, elettromagnetica, debole e forte. Le diverse forze hanno intensità molto diverse fra loro. Le interazioni fra le particelle fondamentali sono dovute, secondo il modello, allo scambio di altre particelle, per questo chiamate mediatori: il fotone, i bosoni W±, Z 0, i gluoni e il gravitone (non ancora scoperto). Tali particelle sono bosoni, cioè hanno spin intero. Nel Modello Standard le interazioni elettromagnetiche e deboli vengono descritte in modo unificato e per questo sono chiamate interazioni elettrodeboli. Il modello è stato esteso per includere la descrizione anche dell’interazione forte. La gravitazione sfugge ancora al tentativo di essere inclusa nella stessa teoria con le altre interazioni.