viaggio nel Big Bang

LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELLA MATERIA

La materia che ci circonda è 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 è accompagnata da una antiparticella.

• Ci sono sei LEPTONI: l'elettrone, il muone e il tau hanno carica elettrica -1, ad ognuna di queste è 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 più pesanti e instabili.

LE QUATTRO INTERAZIONI FONDAMENTALI

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

• 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 è infinito e l'intensità, 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 è molto piccolo (10^-15 m) e l'intensità aumenta con la distanza.

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

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

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 è il fotone, che ha massa nulla.

• il mediatore della forza forte è 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 è stato ancora sperimentalmente osservato.