VITA, MORTE E MIRACOLI DEL MODELLO STANDARD

VITA, MORTE E MIRACOLIDEL MODELLOSTANDARDUna stella media delle dimensioni del Sole ha unamassa di circa 10^33 g, ma per indagare la natura diquesti giganti la scienza sta studiando particelle conuna massa più piccola di 55 ordini di grandezza.Perché?A Cura di: Marco Baldassarre,Alessandro Amitrano.Relatore: Marco De Martino

Nascita Modello AtomicoEmpedocleNel V sec A.C. cominciò adiscutere sui quattro elementiche regolavano la realtà:acqua, terra, fuoco, aria.Ancor più sorprendente è cheil filosofo considerava questiquattro elementi mediati dadue forze: l’Amore e laDiscordia.DemocritoEbbe l’idea tantoavventata quantooriginale di individuareteoricamente delleentità indivisibili chevanno a formare lamateria sia fisica chepsichica . Sono ifamosi:ATOMI

Il Modello Atomico Classico2500 ANNI DI EVOLUZIONE• Fino al 1500:Diffusione TeoriaTomistica avversaall’Atomismo.• 1500Avvento FilosofiaNeoplatonica basata sucapisaldi dell’Atomismo.• OggiSempre più numerosescoperte hannorivoluzionato le teorieclassiche.Scindibilità Atomica:Nuove Particelle detteSubatomiche

Le Particelle ElementariCome è noto nel corso del XIX e XX Secolo sisono scoperte particelle elementari fondamentali:- Il Protone – Elettricamente Positivo (+)- Il Neutrone – Elettricamente Neutro- L’Elettrone – Elettricamente Negativo (-), cheorbita attorno al nucleo costituito dalle prime dueparticelle e che possiede una massa circa 1836volte più piccola del protone, quindi trascurabile.

Dall’Atomo Classico all’Atomo ModernoChe cos’è l’Elementarità?• Si definisce elementare ogni elemento di materiadi cui al momento attuale non si conosce lastruttura interna.• Dal 1945 l’elevato numero di particelle chevenivano trovate quasi quotidianamente metteva adura prova il concetto fondante dello stessomodello atomico e cioè la riduzione della realtàcomplessa ad entità elementari.

Una Nuova ClassificazioneLe proprietà di cui godevano le particelle stesse eranocomplesse (spin, massa, carica, vita media, etc.), quindisi è pensato di classificare questi corpuscoli analizzandola forza della natura con la quale interagiscono:- Leptoni: che interagiscono attraverso la forza nuclearedebole e comprendenti l’elettrone, il muone, il tau, i tretipi di neutrini ν e, ν µ, ν τ- Adroni: che interagiscono attraverso l’interazionenucleare forte e sono suddivisi in due sottogruppi : imesoni e i barioni.

Quark• Nel 1964 Murray Gell-Mann consideròogni adrone come formato dallacombinazione di tre unità di materiachiamate Quark e indicate con i simboliu (up), d (down), s (strange).• La terminologia Quark in realtà nonvuol dire niente, infatti fu presa da unacuriosa frase :” three quarks for MrMarks” tratta da Finnegan’s Wake diJames Joyce.• Naturalmente ad ogni quarkcorrisponde un antiquark.

Barioni e Mesoni• Come gli elefanti, che sono animali sociali, i quark vivono solo insieme adaltri quark. I singoli quark hanno cariche elettriche frazionarie. Ma questecariche frazionarie non sono mai state osservate direttamente perché i quarknon vanno mai in giro da soli; invece, si trovano in gruppi a formare delleparticelle composte, chiamate adroni. La somma delle cariche elettriche deiquark che compongono un adrone è sempre un numero intero.• Ci sono due classi di adroni:I barioni I barioni sono gli adroni composti da tre quark.I mesoni I mesoni contengono un quark e un antiquark.• Nel corso del tempo si sono ritrovati alcuni casi in cui il modello a quark nonsi conformava del tutto alla Natura. Per spiegare questi fenomeni sono statiintrodotti, prima teoricamente, e poi infine ritrovati empiricamente il quark c(charm), t (top), b (beauty).

Le Forze Fondamentali• Forza Nucleare Forte:Garantisce l’integrità nucleare contrastando la repulsioneelettrostatica dei protoni.• Forza Nucleare DeboleE’ responsabile di alcuni decadimenti radioattivi, cioè processinucleari caratterizzati dall’emissione di alcune particelle da parte dinuclei pesanti.• Forza ElettromagneticaAgisce fra particelle dotate di carica elettrica. Due Particelle caricheinteragiscono con una forza repulsiva o attrattiva a secondo che lorocarica sia concorde o meno.• Forza di GravitàLa più comune e al contempo quella più sconosciuta. E’ una forzaattrattiva che due corpi qualsiasi esercitano l’uno sull’altro.

Teoria della Grande UnificazioneLe interazioni fondamentali e imediatoriPer dare una descrizione unitaria della Naturasi è formulata una teoria che cercasse diriunire in un’unica grande forza le quattrointerazioni della natura: la TEORIA DELLAGRANDE UNIFICAZIONE. Questa, che hacome matrice il modello del Big Bang, si basasul presupposto che le forze fondamentaliappaiono diverse a causa della rottura di unasimmetria iniziale, cioè in conseguenza di unaserie di transizione di fase che le hannodifferenziate man mano che l’universo siraffreddava dopo la grande esplosione.

I MediatoriBosoni Mediatori:• Forza Nucleare ForteGluoniForza Nucleare DeboleBosoni W+,W-,Z• Forza ElettromagneticaFotoni• Forza GravitazionaleGravitoni?

Il Modello StandardTutta la materia ordinaria è costituita da:Leptoni (νe, νµ, ντ., e-, µ, τ ).Quark (u,d,s,t,b,c).Bosoni Mediatori (fotone, gluone, W, Z).Perché esistono tante particelle?Nessuno ha idea del perché debbano esistere altre particelle piùpesanti come per esempio il muone. E’ infatti necessario che la fisicateorica giustifichi la presenza di questi fantasmi che nascono emuoiono in intervalli brevissimi e che riesca ad affermare che ilmodello standard non sia costituito da particelle ancora più piccole.

Una Conclusione IncertaSi può dire che il modello standard descriva coerentementela Natura?No. La Gravità è infatti esclusa dal quadro del modello standard.Questaassenza ha due motivi:• Il primo di ordine pratico in quanto nel mondo sub nucleare la forza di gravità èquasi del tutto trascurabile;• Il secondo di carattere più fondamentale poiché non è stato finora possibilecostruire una teoria quantistica in grado di comprendere la gravità.È per questo motivo che i fisici considerano il modello standard una teoriaincompleta, una transizione verso qualcosa di più generale che pieghiveramente l’universo macroscopico partendo dalle sue più microscopichecomponenti.