La fisica delle Particelle Elementari Prof. Marcello Giorgi - Lauree ...

UN PO’ DI STORIA
Intorno al 1930 un atomo era descritto come un insieme neutro costituito da
cariche negative, gli elettroni, che ruotano attorno ad un nucleo formato da
cariche positive, i protoni.
Questa visione fu proposta dopo l’esperimento di Rutheford. I protoni sono legati
assieme nel nucleo dalla FORZA FORTE.
Si conosceva bene inoltre la RADIOATTIVITÀ, fenomeno per cui gli atomi di
alcune sostanze, vedi il RADIO, si traformano in nuovi atomi emettendo certe
particelle, fra cui una, molto leggera, di carica negativa, l’elettrone e - .
Nel 1930 Dirac propose una equazione relativistica al posto di quella di
Scrõdinger, per descrivere particelle veloci che soddisfano ad un teorema di
continuità della corrente, che prevedeva l’esistenza di particelle di
caratteristiche opposte a quelle delle particelle per cui era stata scritta. Ciò
indusse a formulare l’ipotesi dell’esistenza di ANTIPARTICELLE.
Dirac stesso incontrò notevoli difficoltà ad interpretare il significato di
“antiparticella”.
Egli ritenne all’inizio che l’antiparticella dell’elettrone fosse il protone!
FATTI SPERIMENTALI
Nel 1932 avvengono 2 importanti fatti sperimentali.
Chadwick scoprì l’esistenza di una nuova particella elementare
costituente il nucleo atomico: il NEUTRONE, particella
elettricamente neutra con massa circa eguale a quella del protone.
Anderson scoprì l’esistenza del POSITRONE, elettrone con carica
positiva, già previsto dalla equazione di Dirac.
Il neutrone è la prima particella instabile che viene scoperta. Essa, al di fuori del
nucleo, decade in un tempo di circa 11 minuti (che è la sua vita media) secondo
la reazione:
n -> p + e - + ν
La particella ν, battezzata NEUTRINO non fu identificata subito; essa venne
ipotizzata da Pauli e Fermi in seguito al fatto che nella reazione n -> p+e - il bilancio
energetico non veniva completamente rispettato. Si tratta di una particella singolare,
priva di massa e di carica, per il resto della stessa natura dell’elettrone; in effetti poi
si capì che doveva trattarsi di un ANTINEUTRINO; proprio per le sue caratteristiche
la sua rivelazione era incredibilmente difficile.
RIVELAZIONE DELLE PARTICELLE
Nei tempi di cui parliamo le tecniche di rivelazione delle particelle progredivano
sempre più, purchè si trattasse di particelle che possiedono una carica elettrica.
Veniva sfruttato il fenomeno della ionizzazione, secondo il quale una carica che
attraversa un materiale strappa elettroni dagli atomi del materiale stesso, producendo
in opportune condizioni una scarica elettrica (contatori Geiger ad es.), o la
scintillazione, ovvero, la produzione di lampi di luce nell’attraversamento di materiali
trasparenti. La rivelazione di particelle neutre è stato sempre un problema molto
difficile, e si realizza di solito facendole interagire con opportuni materiali, ma in tal
modo le particelle sono rivelate, ma vanno perdute!
Successivamente si riuscirà a visualizzare la traiettoria di particelle cariche, ad es.
fotografando le scariche elettriche lungo il loro percorso o immagazzinando con
metodi elettronici le coordinate spaziali di dette scariche.
Questi metodi hanno portato anche alle tecniche di determinazione delle loro velocità
(tempi di volo), quantità di moto e carica (mediante campi magnetici) ed energia (dalla
quantità di luce emmessa dalla scintillazione).
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