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Quark e Antiquark, ricetta dell’universo

February 18, 2013 Leave a comment

universe

L’uomo si domanda da sempre di cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene unito. Ad oggi è riuscito a scoprire che la materia è un insieme di pochi elementi fondamentali che compongono qualunque cosa nell’universo. Vediamo allora quali sono questi elementi fondamentali che conosciamo e quali ancora non sono stati scoperti.
Cosa vuol dire fondamentale?
Nel Novecento si pensava che l’atomo fosse come una pallina e si riteneva che lo stesso fosse un’unità fondamentale: la parola “fondamentale” sta a significare che una particella non può essere scomposta in altre più piccole e che non ne contiene altre al suo interno.
Molti anni dopo però, ci si accorse che l’atomo non era fondamentale perché è composto da altre particelle (protoni e neutroni nel nucleo ed elettroni all’esterno), ma neanche i protoni e i neutroni sono fondamentali perché sono composti da particelle ancora più elementari chiamate “quark”.
Attualmente, quindi, i fisici ritengono che i quark e gli elettroni siano particelle fondamentali, anche se, teoricamente, è possibile che neppure essi lo siano.
Il modello standard
In tutti questi anni sono state scoperte tante particelle ed è stata elaborata una teoria, chiamata “modello standard”, che è in grado di descrivere sia la materia che tutte le forze dell’universo (tranne la gravità). Il modello prevede due tipi di particelle:
particelle materiali, cioè che compongono la materia
particelle mediatrici di forza, cioè che la tengono insieme
In totale si conoscono 12 tipi di particelle materiali (6 quark e 6 leptoni) e 13 particelle mediatrici di forza che permettono loro di interagire gli uni con gli altri
Le particelle materiali
I leptoni e i quark
Esistono tre generazioni o famiglie di particelle elementari, di cui solo la n. 1 costituisce la materia ordinaria: le altre, infatti, sono particelle instabili che sono state prodotte solo nelle prime fasi di formazione dell’universo perché dopo sono decadute, cioè si sono “trasformate” tutte nelle particelle della prima famiglia. Sappiamo che la seconda e la terza generazione esistono, solo perché i moderni acceleratori di particelle sono in grado di ricrearle facendo scontrare tra loro le particelle della prima generazione. Ma di questo ne parliamo più avanti…
In questa tabella vediamo che l’elettrone il muone e il tau hanno tre leptoni corrispondenti, neutrino elettrone, neutrino muone e neutrino tau: i primi tre hanno una carica elettrica gli altri tre, cioè i neutrini, non la hanno . I leptoni inoltre, a differenza dei quark, possono esistere da soli, senza bisogno di “accoppiarsi” con altre particelle fondamentali, sono quindi delle particelle singole.
Anche i quark hanno ognuno il suo corrispondente infatti up, charm e top hanno hanno tutti carica elettrica di 2/3 mentre down, strange e bottom hanno carica elettrica -1/3. Il significato dei loro nomi è veramente simpatico infatti abbiamo il quark su (up), giù (down), affascinante (charm), strano (strange), sopra (top), sotto (bottom).
Una curiosità sui quark è che essi, a differenza dei leptoni, oltre alla carica elettrica hanno anche una carica di colore rosso, verde o blu e il colore viene trasportato da un quark all’altro tramite una particella mediatrice di forza chiamata gluone. I gluoni, quindi, interagiscono solo con i quark e non con i leptoni.
I quark però, non stanno bene da soli come i leptoni e perciò si uniscono tra loro formando dei gruppi chiamati adroni (nella tabella infatti sono rappresentati con tre palline di colori diversi unite tra loro invece che con una pallina singola come i leptoni).Questi adroni possono essere di due tipi:
i barioni (formati da tre quark)
i mesoni (formati da un quark e da un antiquark).
Antiquark? Cosa è un antiquark? Ed ecco che entra in gioco l’antimateria
L’antimateria
Per ogni particella di materia esiste la corrispondente particella di antimateria: un’antiparticella è identica alla particella in tutto e per tutto tranne che per la carica, che è opposta. Ad esempio il protone ha carica positiva e l’antiprotone ha carica negativa, ma hanno entrambi la stessa massa.
Che cosa succede quando una particella si scontra con la sua antiparticella? Si dice che le particelle si “annichilano” ovvero si annientano producendo energia sotto forma di luce. Questa energia può, inoltre, dar vita alle particelle mediatrici di forza di cui abbiamo parlato prima, come ad esempio dei fotoni, dei gluoni ed altre.
Quindi, se ogni particella ha la sua corrispondente antiparticella esattamente uguale ma con carica opposta, perché nell’universo c’è più materia che antimateria?
Ovviamente non so la risposta, provate a chiederlo ad un fisico
Le particelle mediatrici di forza
Le particelle interagiscono tra di loro mediante quattro interazioni fondamentali:
interazione forte
interazione debole
elettromagnetismo
gravità
Tutte le interazioni sono dovute al fatto che le particelle materiali si scambiano tra loro le particelle mediatrici di forza chiamate bosoni, come se giocassero a palla!
Quindi ci sarà una particella responsabile di ogni interazione: per la gravità c’è il gravitone che è una forza molto debole a tutti familiare; per l’elettromagnetismo c’è il fotone che oppone resistenza allo spostamento degli atomi; per l’interazione forte c’è il gluone (dall’inglese glue “colla”) che è talmente forte da riuscire a tenere uniti i quark l’uno con l’altro ed infine per l’interazione debole ci sono i bosoni W e Z che sono responsabili del decadimento dei quark e dei leptoni che hanno massa maggiore, in quark e leptoni più leggeri (la materia stabile dell’universo infatti è composta solo dai due quark più leggeri di tutti, cioè il quark up e il quark down e dal leptone più leggero cioè l’elettrone!).
Conclusioni
Tutti i fenomeni che regolano la vita sul nostro pianeta, in realtà, potrebbero essere spiegati soltanto con 3 particelle materiali (quark up, quark down ed elettrone) e una particella mediatrice di forza (fotone).
Se tutto fosse così semplice, però, i fisici non continuerebbero ininterrottamente a cercare altre particelle tramite i famosi “acceleratori” come ad esempio quello del CERN di Ginevra. Quindi cosa cercano? Cercano di osservare particelle che sono state solo ipotizzate (come ad esempio il gravitone), di scoprire se vi sono altre particelle ancora più fondamentali di quelle che si conoscono oggi e di studiare quelle che non si possono trovare nel mondo circostante perché sono decadute in altre. Per riuscire ad ottenere particelle di massa maggiore esiste, infatti, un trucco geniale che un certo Albert Einstein ha riassunto nella sua famosa equazione E=mc2 e consiste nel far scontrare tra di loro particelle di massa più piccola per creare particelle di massa maggiore: la massa, infatti, è solo una forma di energia!
Gli interrogativi sono ancora tantissimi, solo il tempo e la continua ricerca potranno darci (forse) delle risposte.

Fonte: Tasc

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CERN, individuata impronta della ‘Particella di Dio’

December 23, 2011 Leave a comment

Con una possibilità di errore di uno su cento, al CERN di Ginevra, i ricercatori hanno scoperto la cosiddetta ‘particella di dio’ sull’attimo immediatamente dopo il big bang. Serviranno sicuramente altri test su questo elemento ma l’impronta della particella è stata raccolta ed appare in due diversi grafici con curve colorate tracciati dagli esperimenti Atlas e CMS del superacceleratore LHC. Il direttore scientifico del CERN, Sergio Bertolucci ha dichiarato: “I due grafici coincidono quasi perfettamente e questo ci mostra qualcosa d’importante. Stiamo prosciugando il lago in cui la particella nuota e cominciamo ad intravvedere la possibile coda”. La particella di dio è nota anche come ‘Bosone Higgs’ dal nome del suo ideatore, il fisico britannico Higgs che nel 1964 espose per primo tale teoria per spiegare la massa delle particelle elementari che formano la materia. Il superacceleratore LHC fu costruito appositamente per individuare la particella ed è capace di riprodurre le condizioni dell’universo nella frazione di secondo immediatamente successiva al big bang, ossia il grande scoppio da cui ha avuto origine tutto. I ricercatori del CERN affermano quanto sia stato difficile individuare la ‘coda’ del Bosone Higgs, ma ora pare siano convinti che ciò che è stato tracciato nei grafici è proprio parte di ciò che da più di vent’anni stavano cercando. Il peso della particella individuata dagli studiosi varia fra i 124 e i 125 GeV e tale peso è indice del fatto che il Bosone è troppo leggero, non è stabile poiché tende ad associarsi con altre particelle apparendo di volta in volta in forme diverse, dunque pensano possa esistere anche una specie di copertura più pesante, da loro denominata ‘guardia del corpo’ a protezione della particella di dio. Il CERN è comunque ufficialmente cauto sulla scoperta in quanto bisogna ancora eseguire numerosi studi e test di ogni tipo per essere certi della reale esistenza del Bosone Higgs.

Fonte: AGS Cosmo

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Clima, cambiamenti climatici complici inconsapevoli di nuove epidemie

I cambiamenti climatici che si stanno verificando soprattutto negli ultimi anni, rischiano di divenire complici inconsapevoli di nuove epidemie di malaria nel mondo. Infatti il clima modificato sta favorendo l’arrivo di zanzare-vettrici dell’infezione anche in quelle zone precedentemente ritenute sicure come l’Europa ed altri Paesi occidentali. L’allarme è stato dato a Ginevra nell’ambito di un incontro organizzato dalla Sigma-Tau e la Fondazione Medicines for Malaria Venture, che hanno accuratamente descritto l’attuale drammatica situazione che si sta verificando soprattutto in Africa dove la Malaria uccide un bambino ogni 45 secondi. Il cambiamento del clima potrebbe presto favorire lo sbarco del virus in Europa ed in particolar modo in quelle nazioni che confinano con l’Africa.

Fonte: AGS Cosmo

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CERN, Imprigionata l’antimateria a Ginevra

L’esperimento ‘Alpha’ condotto al CERN di Ginevra, ha reso possibile intrappolare 300 atomi di anti-idrogeno per un tempo record di oltre 16 minuti. Lo stesso esperimento svolto in precedenza aveva consentito di imprigionare l’antimateria per soli 172 millesimi di secondo. Il risultato della sperimentazione è stato pubblicato dalla rivista Nature Physics e permette di osservare in maniera diretta il comportamento dell’antimateria e di verificare se le teorie della fisica sono giuste attraverso il suo comportamento simmetrico ma opposto alla materia stessa come se fosse una specie di ‘specchio di Alice’. Intrappolare l’antimateria e tenerla ferma per un tempo così lungo che permette di studiarla, non è per niente stato facile perché basta un minimo accenno di contatto fra materia ed antimateria che queste si distruggono a vicendevolmente. Alla guida del gruppo di ricercatori che stanno eseguendo questo esperimento, c’è l’italiana Gemma Testera ed è finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Secondo le attuali teorie della Fisica, la materia e l’antimateria sono state prodotte in medesima quantità al momento del Bing Bang ma che si siano ‘annichilite’ a vicenda, condizione in cui però la materia è sopravvissuta all’impatto e ora l’esperimento condotto al CERN potrà aiutare a capire meglio le proprietà dell’antimateria e dove sia andata a finire.

Carla Liberatore

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Ginevra, ricostruiti al CERN gli attimi del Bing Bang

Gli studiosi del CERN il famoso e discusso laboratorio ginevrino, pare abbiano ricostruito gli attimi immediatamente seguenti al Bing Bang, lo scoppio della materia primordiale che avrebbe dato origine all’Universo. Nei laboratori del CERN, situati a 100 metri di profondità nelle viscere della terra e ampi circa 27 chilometri è stata dunque ricreata la condizione che dette origine all’interno ed infinito universo così come lo conosciamo oggi. Lo strumento ed il punto utilizzati dagli studiosi si chiama ‘Alice’e per un attimo è diventato il punto più caldo dell’universo con temperature molto superiori anche a quelle del Sole o di qualsiasi altra stella. L’esperimento è stato guidato da uno staff di italiani dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, i quali sono riusciti ad arrivare alla collisione di nuclei di piombo che si rincorrevano a velocità inimmaginabili per la mente umana. Il violentissimo scontro avrebbe creato una sorta di ‘rottami’ infinitesimali, un magma di materia, un plasma pieno di particelle elementari, il quale ha raggiunto temperature di migliaia di miliardi di gradi centigradi, la stessa temperatura che aveva l’universo qualche istante dopo la sua nascita, avvenuta circa 13 miliardi di anni fa. All’esperimento che procede ormai da diversi anni, stanno lavorando 1600 scienziati fra i più qualificati al mondo e il loro secondo traguardo è quello di riuscire a trovare il ‘Bosone di Higgs’ anche conosciuto come la ‘Particella di Dio’, cioè quella particolare particella che inserita in un determinato contesto avrebbe permesso la trasformazione dell’energia in materia creando tutto quello che attualmente ci circonda.

Carla Liberatore

Fonte: MondoRaro

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