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viaggio nel Big Bang

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il Modello Standard

I fisici con il cosiddetto Modello Standard spiegano tutti i tipi di materia osservati con un piccolo numero di particelle fondamentali e riportano tutte le forze osservate a quattro interazioni fondamentali, a ciascuna delle quali sono associate particelle mediatrici specifiche. Le interazioni tra le particelle fondamentali di materia avvengono tramite lo scambio di particelle mediatrici di forza. Il Modello con le sue previsioni Ŕ stato verificato dall'osservazione, anche se la forza gravitazionale non Ŕ ancora completamente compresa nell'ambito della teoria.

LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELLA MATERIA

La materia che ci circonda Ŕ composta dagli atomi, costituiti da tre particelle (protoni, neutroni ed elettroni). Secondo il modello Standard le particelle fondamentali si dividono in due gruppi principali (quark e leptoni) divisi in tre famiglie. Ogni particella Ŕ accompagnata da una antiparticella.

  • Ci sono sei LEPTONI: l'elettrone, il muone e il tau hanno carica elettrica -1, ad ognuna di queste Ŕ associato un neutrino di massa quasi nulla e privo di carica elettrica, che interagisce solo grazie alla forza debole.

  • I QUARK non sono mai osservati da soli, ma sono uniti in triplette nei barioni (es. protoni e neutroni) sono barioni) e in coppie nei mesoni. Ci sono sei sapori di quark: up, charm e top di carica -2/3, down, strange e bottom di carica 1/3.

La prima famiglia contiene i mattoni fondamentali della materia stabile, ovvero i due quark up e down (costituenti del protoni e dei neutroni), l'elettrone e il neutrino elettronico. Le altre due famiglie contengono particelle pi¨ pesanti e instabili.

  

LE QUATTRO INTERAZIONI FONDAMENTALI

I fisici riportano tutte le forze osservate in natura a quattro interazioni fondamentali. Ogni interazione Ŕ definita dal raggio d'azione (la distanza massima alla quale esercita) e dall'intensitÓ.

  • INTERAZIONE ELETTROMAGNETICA, responsabile della struttura atomica e molecolare della materia, che si manifesta tra particelle dotate di carica elettrica respingendo cariche uguali e attraendo cariche opposte. Il raggio d'azione Ŕ infinito e l'intensitÓ, 100 volte inferiore rispetto alla forza forte, decresce con la distanza.

  • INTERAZIONE FORTE, responsabile della coesione dei nuclei atomici, che si manifesta tra quark, particelle dotate di carica di colore. Il raggio di azione Ŕ molto piccolo (10-15 m) e l'intensitÓ aumenta con la distanza.

  • INTERAZIONE DEBOLE, responsabile della trasformazione della materia nei decadimenti di quark e leptoni. Il raggio d'azione Ŕ estremamente piccolo (i processi di decadimento sono di solito eventi molto rari) e l'intensitÓ Ŕ 10-13 rispetto alla forza forte.

  • INTERAZIONE GRAVITAZIONALE, che si manifesta tra tutte le particelle con un raggio d'azione infinito. L'intensitÓ decresce con la distanza e la forza Ŕ sempre attrattiva e quindi, pure essendo la pi¨ debole delle forze (1038 volte inferiore rispetto alla forza elettromegnetica), ha rilevanza su grandi scale.


particelle che si attraggono... 


... e particelle che si respingono
scambiandosi i mediatori
Le particelle mediatrici di forza

A ciascuna interazione sono associate particelle mediatrici di forza specifiche, dette bosoni intermedi o quanti del campo di interazione. Queste particelle trasportano dell'energia della forza, e vengono emesse e riassorbite dalle particelle che interagiscono.

  • il mediatore della forza elettromagnetica Ŕ il fotone, che ha massa nulla.

  • il mediatore della forza forte Ŕ il gluone, che tiene uniti i quark.

  • i mediatori della forza debole sono i bosoni W+ W- e il bosone Z, tutti molto pesanti (85 e 97 volte la massa del protone).

  • il mediatore della forza gravitazionale (gravitone) non Ŕ stato ancora sperimentalmente osservato.

  

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