Particelle subatomiche elementari

Particelle subatomiche

Particelle subatomiche che vanno a costituire le molecole che compongono noi e tutto ciò che ci circonda. Indagare la natura e le caratteristiche delle particelle subatomiche, quindi, è un po’ come “scavarci dentro”, non stavolta in senso psicologico, ma fisico e chimico.



Particelle subatomiche: chimica

Si studiano soprattutto in Chimica, anche se in Fisica sono spesso interpellate avendo un ruolo fondamentale quando si tratta di calcolare forze e cariche. Le particelle subatomiche sono tutte quelle che costituiscono gli atomi e possono essere elementari o composte.

Particelle subatomiche: cosa sono

Sono i mattoncini degli atomi, quelle elementari sono sei quark, sei leptoni e dodici bosoni, mentre quelle composte possiamo descriverle come degli stati legati di particelle elementari. Possono essere barioni o mesoni e includono gli adroni, composti da quark, antiquark e gluoni.

Particelle subatomiche: cosa sono

Particelle subatomiche elementari

Approfondiamo le caratteristiche delle particelle subatomiche elementari vedendole una a una. I quark sono fermioni soggetti all’interazione forte e hanno sei “sapori”, abbiamo il Quark up (u) con carica +2/3, il down (d) con carica -1/3, il Quark strange/sideways (s) con carica -1/3 e il charm (c) con +2/3 di carica, infine il Quark bottom/beauty (b) con carica -1/3 e il top/truth (t) con +2/3 di carica.

Passiamo ai leptoni che sono sempre sei e sono descritti come fermioni soggetti all’interazione debole. Abbiamo l’Elettrone (–1) con il suo Neutrino elettronico, il Muone (–1), con il suo Neutrino muonico, e il Tauone (–1) con il Neutrino tauonico. I bosoni di gauge sono 12, c’è il fotone, con otto gluoni e i 3 bosoni W e Z, sono le particelle subatomiche responsabili di tre delle quattro interazioni fondamentali, rispettivamente forza elettromagnetica, forza nucleare forte, forza nucleare debole.

Particelle subatomiche elementari

Particelle subatomiche: elenco

Alle particelle subatomiche composte finora abbiamo solo accennato, per cui vediamo cosa contengono le due categorie, quella dei -barioni e quella dei Mesoni. Nella prima ci sono i Nucleoni, composti da tre quark appartenenti alla prima generazione, chiamati protone (due quark up e un quark down), neutrone (due quark down e un quark up), peroni (tutte le altre combinazioni di tre quark o tre antiquark.

Sempre tra i Nucleoni troviamo i Barioni esotici, composti da più di tre quark/antiquark, e i Pentaquark, composti da cinque quark. Nella seconda categoria di particelle subatomiche composte, quella dei mesoni, ovvero bosoni composti da un quark e da un antiquark avente carica di colore opposta, troviamo i mesoni q-antiq, composti da un quark e un antiquark, i mesoni non q-antiq o esotici e i tetraquark, composti da quattro quark.

Particelle subatomiche: scoperta

La scoperta delle particelle subatomiche è arrivata grazie al fatto che, dopo la seconda metà del 1800, si è cominciato a dubitare che l’atomo fosse indivisibile. Un gruppo di scienziati, anche separatamente, indagando la natura dei fenomeni elettrici, è stato colto da forti dubbi osservando alcune “cose” che non tornavano con l’dea di atomo “tutto d’un pezzo”.

Si erano ad esempio accorti che alcune sostanze in acqua si scioglievano formando soluzioni che portano corrente elettrica per la presenza di ioni e che dei gas rarefatti all’interno di un tubo contenente due elettrodi collegati a un generatore elettrico producevano, in seguito al passaggio di corrente elettrica, radiazioni dirette dal catodo all’anodo (raggi catodici).

Particelle subatomiche: scoperta

Particelle subatomiche e atomo

Di osservazione in osservazione, di studio in studio, si è arrivati a sviluppare molti modelli di atomo. Il primo, forse, o per lo meno il primo ricordato nella storia, è quello di Thomson. Nel 1904 questo scienziato descriveva l’atomo come una massa sferica con cariche elettriche positive uniformemente distribuite e contenente un ugual numero di elettroni, in modo che il tutto risultasse elettricamente neutro.

Oggi che sappiamo che esistono le particelle subatomiche questo può sembrare ridicolo, ma Thomson ha spianato la strada a modelli più moderni e fedeli alla realtà come quello di Rutherford in cui troviamo l’atomo formato da un nucleo, costituito da protoni e neutroni, intorno al quale sono disposti elettroni.

Particelle subatomiche e teletrasporto

Fino a poco fa, fino a prima della grande scoperta fatta da dei ricercatori in Svezia, il fenomeno del teletrasporto era roba da film oppure da …. Particelle subatomiche!

Di cosa sto parlando? Facciamo un passo indietro. Il teletrasporto lo aveva intuito già Einstein, nel 1935, per quel che riguardava gli stati quantici di particelle. Si tratta in questo caso di un meccanismo basato sul principio di entanglement e che ci fa dire come particelle potrebbero influenzarsi l’una con l’altra attraverso lo spazio e il tempo.

L’intuizione di Einstein è stata dimostrata con i sacri crismi da un gruppo fisici dell’Istituto nazionale degli standard e della tecnologia (NIST) negli USA nel 2015 ma rimaneva sempre nell’ambito delle particelle subatomiche. Solo ora, con le nuove scoperte del gruppo di fisici del Centro nazionale di ricerca di micro e nanotecnologie OtaNano, in Svezia, possiamo dire che il teletrasporto non è solo cosa da Particelle subatomiche o da film.

Questi studiosi hanno fabbricato due micro oscillatori meccanici, li hanno raffreddati per formare un circuito superconduttore e hanno usato le microonde per far risuonare gli oscillatori emettendo ultrasuoni. Hanno osservato, dopo 4 anni di esperimenti, l’entanglement quantico tra i due oscillatori e con la loro scoperta hanno mostrato come il teletrasporto può essere anche considerato a livello di meccanica quantistica macroscopica.

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Pubblicato da Marta Abbà il 14 maggio 2018