{"id":121197,"date":"2025-09-12T00:02:00","date_gmt":"2025-09-11T22:02:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/?p=121197"},"modified":"2025-09-12T08:11:34","modified_gmt":"2025-09-12T06:11:34","slug":"dentro-linvisibile-viaggio-nel-mondo-delle-particelle-elementari","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ocean4future.org\/savetheocean\/archives\/121197","title":{"rendered":"Dentro l\u2019invisibile: viaggio nel mondo delle particelle elementari"},"content":{"rendered":"tempo di lettura: <\/span> 8<\/span> minuti<\/span><\/span>

.<\/span><\/p>\n

livello medio<\/span><\/a>
\n.<\/span><\/p>\n

ARGOMENTO: FISICA<\/span><\/strong>
\nPERIODO: XX-XXI SECOLO<\/span><\/strong>
\nAREA: DIDATTICA<\/span><\/strong>
\nparole chiave: Particelle, meccanica quantistica
\n.<\/span><\/p>\n

Proviamo oggi a raccontare il fantastico mondo delle particelle elementari, senza per\u00f2 addentrarci troppo nella sua complessit\u00e0. Per molti di noi le informazioni sugli atomi si perdono nelle reminiscenze di chimica generale alle superiori o, in qualche caso, nei corsi universitari. In molti casi gli insegnamenti sugli atomi si riducevano a “protoni, elettroni e neutroni<\/span><\/strong>“; a loro volta gli atomi si combinavano in molecole il cui insieme dava la materia. Nel tempo incominciarono a comparire parole come quark, bosoni e neutrini<\/span><\/strong>, citate dai media, che<\/span>\u00a0attiravano la curiosit\u00e0 anche del pi\u00f9 distratto lettore. In particolare i quark, resi famosi dalla nota trasmissione di Piero Angela che, essendo i componenti essenziali dei protoni e dei neutroni, costituivano i mattoni fondamentali della materia a un livello ancora pi\u00f9 profondo degli atomi. Vediamo di capire meglio di cosa stiamo parlando.<\/span><\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

rappresentazione di uno ione di litio, in giallo gli elettroni, in rosso il nucleo
\n<\/span>\u00a0https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Ion_de_litio.gif<\/a><\/span><\/strong><\/p>\n

Dall’indivisibile al mondo di quark e co.<\/span><\/strong><\/span>
\nRicorderete che per secoli si pens\u00f2 che l\u2019atomo fosse indivisibile, non a caso la sua parola atomo (\u1f04\u03c4\u03bf\u03bc\u03bf\u03c2 \u00e1tomos) significa indivisibile; secondo la teoria dei filosofi greci Leucippo, Democrito ed Epicuro<\/span><\/strong>, che resistette come base scientifica fino alla fine dell’Ottocento, si trattava dell\u2019elemento pi\u00f9 piccolo con cui la materia era organizzata. Furono i progressi della scienza dalla fine del XIX secolo che fecero si che questa riduttiva visione assumesse nel tempo molti pi\u00f9 mattoncini, quelle particelle elementari con cui si ritiene l\u2019universo abbia costruito s\u00e9 stesso.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Sir Joseph John Thomson (Manchester, 18 dicembre 1856 \u2013 Cambridge, 30 agosto 1940) \u00e8 stato un fisico britannico che, nel 1891, scopr\u00ec l’elettrone, la prima particella subatomica di carica elettrica negativa, mediante un esperimento con i cosiddetti tubi di Crookes –\u00a0 wikipedia<\/span><\/strong><\/p>\n

Nel 1897, un giovane fisico inglese, Joseph John Thomson<\/span><\/strong>, stava portando avanti un programma di ricerca utilizzando i cosiddetti tubi di Crookes, per individuare, mediante lo studio dei gas rarefatti in presenza di una scarica elettrica, le correlazioni fondamentali tra le leggi dell\u2019elettromagnetismo e la struttura della materia. Appena venuto a conoscenza della scoperta di Roentgen<\/span><\/strong> sulla radioattivit\u00e0, il suo interesse si volse immediatamente all\u2019applicazione di questi raggi cos\u00ec penetranti al proprio campo specifico di ricerca. Thomson<\/span><\/strong> not\u00f2 che, in condizioni di vuoto molto spinto, i raggi venivano deflessi proporzionalmente alla differenza di potenziale tra le placche del tubo di misura e dedusse che se il raggio veniva deviato significava che era composto da minuscole particelle con cariche negative, ovvero quelle particelle che chiamiamo elettroni<\/span><\/strong>. Di fatto era la prima volta che si intuiva che la materia avesse parti costitutive subatomiche.<\/p>\n

Dopo gli anni trenta gli scienziati compresero che al centro dell\u2019atomo c\u2019era un nucleo compatto (Rutheford<\/span><\/strong>) scoprendo l\u2019esistenza del neutrone (Chadwick<\/span><\/strong>). In parole semplici, l’atomo era\u00a0 composto da protoni<\/span> <\/strong>(carichi positivamente) e da neutroni<\/span> <\/strong>(privi di carica) che formavano il “nucleo<\/span><\/strong>” (carico positivamente), e dagli elettroni 0<\/sup><\/span><\/span><\/strong> (carichi negativamente) presenti in un atomo neutro nello stesso numero dei protoni.<\/span> <\/strong>Questi ultimi oltre a determinare le caratteristiche di un atomo neutro (ogni elemento chimico ha un numero diverso di elettroni), sono presenti in orbitali (detti “livelli energetici”) rimandovi normalmente confinati. Gli orbitali ci indicano le probabilit\u00e0 di trovare un elettrone in una certa posizione. In realt\u00e0 secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg<\/span> <\/strong>non \u00e8 possibile conoscere con precisione assoluta e contemporaneamente\u00a0la posizione e la velocit\u00e0<\/span><\/strong> di un elettrone e questo \u00e8 un concetto fondamentale della fisica quantistica, una branca della Fisica che si applica principalmente a fenomeni atomici e subatomici, dove la fisica classica non \u00e8 pi\u00f9 sufficiente per spiegare ci\u00f2 che accade. Ci torneremo.<\/p>\n

Sembrava tutto semplice ma c\u2019era un problema: con la scoperta della radioattivit\u00e0 si era compreso che le sostanze subiscono un decadimento radioattivo, un insieme di processi fisico-nucleari attraverso cui alcuni nuclei atomici instabili (radionuclidi) decadono trasmutandosi in altri aventi energia inferiore ed emettono radiazioni ionizzanti.<\/p>\n

Ma, a seguito del decadimento radioattivo, dove finiva parte dell\u2019energia? Di fatto si violava il <\/span>principio della conservazione dell\u2019energia<\/span> <\/strong>secondo cui, in un sistema isolato (cio\u00e8 dove non esistono forze esterne), l’energia totale si mantiene sempre quantitativamente uguale anche se avvengono trasformazioni al suo interno. Nel 1930 Wolfgang Pauli<\/span><\/strong>, propose una soluzione ardita: forse esisteva una particella invisibile, senza carica e quasi senza massa, che portava via l\u2019energia mancante. Quella particella era il neutrino<\/span><\/strong>. Un\u2019intuizione geniale che, vedremo, richiese venticinque anni prima che fosse provata sperimentalmente. Ma non era finita: l\u2019”indivisibile” era composto anche da altre particelle.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Schema d’insieme delle particelle e delle forze fisiche, versione 2014 – Fonte Particle overview.svg Author Headbomb (original work); Mess (Italiano) https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Particle_overview_it.svg<\/span><\/a><\/span><\/strong><\/p>\n

Fermioni vs Bosoni<\/span>
\n<\/span><\/strong>Per comprendere questo non facile concetto, proviamo ad immaginarci un insieme di due famiglie che convivono nella stessa casa ma si differenziano fra loro per compiti e regole.
\nLa prima \u00e8 quella dei FERMIONI<\/span><\/strong>, come i quark che si combinano per costruire protoni e neutroni; essi furono scoperti negli anni Sessanta dai fisici Murray Gell-Mann<\/span><\/strong> e George Zweig<\/span> <\/strong>che proposero che i protoni e i neutroni non fossero indivisibili, ma composti da componenti pi\u00f9 piccoli che chiamarono \u201cquark<\/span><\/strong>\u201d, ispirandosi a una frase da Finnegans Wake<\/span><\/em><\/strong> di James Joyce. La cosa curiosa era che queste particelle lavorano sempre in squadra, combinandosi per formare i mattoni pi\u00f9 \u201cgrandi\u201d della materia, i protoni e neutroni<\/span><\/strong>. Senza scendere nei particolari esistono sei tipi di quark<\/span><\/strong>, che i fisici chiamano con nomi curiosi: up, down, strange, charm, bottom e top<\/strong><\/span>. I primi due, up e down, sono i pi\u00f9 comuni e sono sufficienti a costruire la materia ordinaria, mentre gli altri compaiono raramente, ad esempio dentro gli acceleratori di particelle o nei fenomeni cosmici pi\u00f9 violenti. I Quark sono tenuti insieme dalla forza nucleare forte<\/span><\/strong>, trasmessa da particelle chiamate gluoni<\/span><\/strong> (dall\u2019inglese glue, colla, che fa comprendere l\u2019effetto coesivo).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Modello standard delle particelle elementari: i 12 fermioni ed i 4 bosoni fondamentali, – Fonte Standard_Model_of_Elementary_Particles.svg – Autore Miss MJ<\/span><\/strong><\/p>\n

https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Modello_Standard_delle_Particelle_Elementari.svg<\/span><\/strong><\/a><\/p>\n

Assieme ai quark troviamo i leptoni<\/span><\/strong>, particelle solitarie come l\u2019elettrone<\/span><\/strong>, ma anche i suoi \u201ccugini pi\u00f9 pesanti\u201d: il muone<\/span> <\/strong>e il tau<\/span><\/strong> (che hanno per\u00f2 una vita brevissima, prima di trasformarsi in altre particelle pi\u00f9 stabili). Non ultimi i gi\u00e0 citati neutrini,<\/span><\/strong> associati a ciascun leptone carico<\/span> <\/strong>(elettrone, muone e tau), che attraversano la materia “quasi” senza interagire. Basti pensare al flusso di neutrini del vento solare che ci attraversano continuamente senza che ce ne accorgiamo.<\/p>\n

La seconda famiglia \u00e8 quella dei BOSONI<\/span><\/strong> (W e Z<\/span><\/strong>) che hanno la funzione di trasmettere i messaggi all’interno e furono del condominio, scoperti nel 1983 al CERN, in un esperimento che valse il Nobel a Carlo Rubbia,<\/span><\/strong> essendo una delle prime grandi conferme del Modello Standard. Tra di essi, una sorta di amministratore occulto: il bosone di Higgs<\/span><\/strong>, teorizzato negli anni Sessanta da un gruppo di fisici (tra cui Peter Higgs da cui prese il nome) per spiegare come le particelle acquisiscono massa, fu scoperto nel 2012 dal CERN 1<\/sup><\/strong>. La cosa straordinaria \u00e8 che in realt\u00e0 tutte le particelle e i loro componenti basilari sono delle increspature nei rispettivi campi per cui i sei quark, i sei leptoni, i mediatori delle forze\/interazioni ed il bosone di Higgs, insieme si combinano per materializzare tutta la complessit\u00e0 dagli atomi alle molecole, dalle stelle alle galassie.<\/p>\n

Qualcuno si chieder\u00e0 a cosa serve lo studio di queste particelle e delle loro relazioni<\/span><\/strong><\/span>
\nIl problema \u00e8 che le forze fondamentali che noi conosciamo (gravit\u00e0, elettromagnetismo, forza nucleare forte e forza nucleare debole<\/span><\/strong>) non sono state unificate. Nel XX secolo il lavoro di unificazione si incentr\u00f2 sulla comprensione delle tre forze: elettromagnetismo e le forze nucleari debole e forte<\/span><\/strong>. Le prime due furono unificate nel 1967\u201368 da Glashow, Weinberg, e Salam<\/span><\/strong> come “forza elettrodebole<\/span><\/strong>“. In particolare le forze nucleare forte ed elettrodebole coesistono pacificamente nel modello standard della fisica particellare anche se rimangono distinte.<\/p>\n\n\n\n
FORZE<\/span><\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n\n\n\n\n\n\n
GRAVITA\u2019\u00a0<\/span><\/strong><\/td>\nconosciuta da Newton e dominata da Einstein con la relativit\u00e0 generale<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
ELETTROMAGNETISMO<\/span><\/strong><\/td>\nunificato nell\u2019Ottocento da Maxwell<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
FORZA NUCLEARE FORTE<\/span><\/strong><\/td>\ncos\u00ec definita perch\u00e9 \u00e8 quella ad intensit\u00e0 maggiore tra le quattro forze fondamentali della natura. Il suo valore \u00e8 circa 100 volte quello della forza elettromagnetica, circa 10 5 maggiore della forza debole e 10 39 volte quello della gravit\u00e0.<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
FORZA NUCLEARE DEBOLE\u00a0<\/span><\/strong><\/td>\nalla base del decadimento radioattivo degli atomi<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

La ricerca di una<\/span> Teoria del Tutto<\/span><\/strong>, che unisca tutte le quattro forze, \u00e8 ancora in corso\u00a0Per quanto concerne la forza debole, che pu\u00f2 trasformare le particelle elementari da un tipo a un altro, la\u00a0Teoria del Tutto<\/span><\/strong>\u00a0potrebbe darci una profonda comprensione dei vari tipi di particelle e delle diverse forze dell\u2019Universo.<\/p>\n

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da https:\/\/it.wikipedia.org\/wiki\/Teoria_del_tutto<\/a><\/span><\/strong><\/p>\n

Ma c\u2018\u00e8 dell\u2019altro. studiando il moto delle galassie, si ritiene che la massa che stimiamo non sia sufficiente a tenerle insieme. Si ipotizza quindi la presenza di una misteriosa materia oscura<\/span> <\/strong>(26,8% dell\u2019universo mentre la materia ordinaria \u2014 quella fatta di quark ed elettroni \u2014 \u00e8 valutata solo il 4,9%), che non emette luce, non riflette, non interagisce con i fotoni, ed \u00e8 praticamente invisibile per\u00f2 \u2026 \u00e8 rilevabile in modo indiretto attraverso i suoi effetti gravitazionali. Ma non \u00e8 sola: si ipotizza anche un\u2019energia oscura<\/span> <\/strong>(68,3%), una forza misteriosa che sembra spingere l\u2019universo ad espandersi sempre pi\u00f9 velocemente.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Lo studio delle particelle \u00e8 quindi come cercare nuove chiavi per aprire porte che ci impediscono di comprendere i misteri dell\u2019Universo \u2026 ma non solo: se non avessimo scoperto gli elettroni, non avremmo mai conosciuto e sviluppato l\u2019elettricit\u00e0 ma anche i computer e le comunicazioni che ci consentono di viaggiare dalla nostra postazione nel mondo dell\u2019informazione. Lo sviluppo della meccanica quantistica ha permesso applicazioni come il laser, apparecchiature medicali come la risonanza magnetica, e senza i grandi acceleratori non sarebbero state sviluppate tecniche avanzate di radioterapia che salvano tante vite umane ogni giorno. Non ultimo conoscere le particelle elementari significa comprendere il perch\u00e9 della nostra esistenza che si oppone al nulla cosmico.<\/span> <\/strong>Una lotta tra la visione deterministica classica e quella quantistica che apre nuove prospettive che vanno oltre la nostra logica terrena, in un dominio in cui materia e spirito si potrebbero fondere.<\/p>\n

 <\/p>\n

Note
\n0. Il problema di come definire un elettrone, o un’altra particella, \u00e8\u00a0 legato alla dualit\u00e0, onda e particella. Potremmo vederlo come un’eccitazione locale e quantizzata di un campo elettronico dove tutti gli elettroni sono identici: hanno la stessa massa, carica e spin essendo delle eccitazioni dello stesso.<\/p>\n

1. Tutte queste particelle sono studiate attraverso gli acceleratori di particelle che accelerano le particelle, facendole collidere a velocit\u00e0 prossime a quella della luce, svelando cos\u00ec nuovi componenti. Tra di essi, il pi\u00f9 imponente \u00e8 il Large Hadron Collider (LHC) del CERN<\/span><\/strong>, il pi\u00f9 grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle, che si trova al confine tra la Francia e la Svizzera, un anello della grandezza di 27 chilometri nei pressi di Ginevra.<\/p>\n

.<\/span><\/p>\n

PAGINA PRINCIPALE - HOME PAGE<\/span><\/a>
\n.<\/span><\/p>\n

Alcune delle immagini presenti possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e\/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l\u2019autore o rimuoverle, pu\u00f2 scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell\u2019articolo.
\n.<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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A new, near-infrared-light view from the NASA\\\/ESA\\\/CSA James Webb Space Telescope, at right, helps us peer through more of the dust in this star-forming region. The thick, dusty brown pillars are no longer as opaque and many more red stars that are still forming come into view. While the pillars of gas and dust seem darker and less penetrable in Hubble\u2019s view, they appear more diaphanous in Webb\u2019s. The background of this Hubble image is like a sunrise, beginning in yellows at the bottom, before transitioning to light green and deeper blues at the top. These colours highlight the thickness of the dust all around the pillars, which obscures many more stars in the overall region. In contrast, the background light in Webb\u2019s image appears in blue hues, which highlights the hydrogen atoms, and reveals an abundance of stars spread across the scene. By penetrating the dusty pillars, Webb also allows us to identify stars that have recently \u2013 or are about to \u2013 burst free. Near-infrared light can penetrate thick dust clouds, allowing us to learn so much more about this incredible scene. Both views show us what is happening locally. Although Hubble highlights many more thick layers of dust and Webb shows more of the stars, neither shows us the deeper universe. Dust blocks the view in Hubble\u2019s image, but the interstellar medium plays a major role in Webb\u2019s. It acts like thick smoke or fog, preventing us from peering into the deeper universe, where countless galaxies exist. The pillars are a small region within the Eagle Nebula, a vast star-forming region 6,500 light-years from Earth. [Image Description: Two images of the Pillars of Creation, a star-forming region in space. At left, Hubble\u2019s visible-light view shows darker pillars that rise from the bottom to the top of the screen, ending in three points. 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