Viaggio nella scienza. Dal Big Bang alle biotecnologie by Piero Angela

autore:Piero Angela [Angela, Piero]
La lingua: ita
Format: epub
editore: Mondadori
pubblicato: 2008-11-08T23:00:00+00:00

I quark

Protoni, neutroni ed elettroni sono dunque le particelle più piccole ed elementari in cui può essere suddivisa la materia?

L'elettrone, in effetti, non è ulteriormente suddivisibile; ma per protoni e neutroni il discorso è diverso. Infatti, con la costruzione di macchine sempre più potenti, i grandi acceleratori, ci si è resi conto che i due protagonisti del nucleo atomico sono a loro volta composti da altre particelle: i quark.

Negli anni Sessanta, gli esperimenti effettuati grazie ai grandi acceleratori (come quello di Stanford, USA) rivelarono l'esistenza di numerose altre particelle, fino ad allora sconosciute, quasi 200, molte delle quali con una vita brevissima. Si parlò addirittura di uno zoo di particelle subatomiche.

Erano tutte elementari, non ulteriormente suddivisibili, o erano invece composte da qualche elemento più semplice e fondamentale? Nel 1963, Murray Gell-Mann suppose l'esistenza di una particella, che battezzò quark, presente in tre tipi diversi e con cui era possibile comporre tutte le altre particelle osservate negli esperimenti. Il fatto straordinario di questi nuovi protagonisti del nucleo atomico era la loro carica elettrica. Gell-Mann ipotizzò che fosse frazionaria (cioè 1/3, 2/3 o -1/3, -2/3). Un'idea rivoluzionaria che trovò, negli anni seguenti, numerose conferme sperimentali. Con apparati straordinariamente più sofisticati, venne infatti dimostrato che il protone non era una particella fondamentale, ma, come prevedeva la teoria di Gell-Mann, conteneva altri piccolissimi elementi al suo interno.

Alla fine degli anni Sessanta, i fisici dell'acceleratore lineare di Stanford (detto SLAC), lungo circa 3 chilometri, diressero un raggio di elettroni contro un bersaglio fisso costituito da protoni.

Sensori estremamente sofisticati misuravano l'energia e gli angoli con i quali gli elettroni emergevano dallo scontro con i protoni. Si scoprì che, trapassando i protoni, gli elettroni non si comportavano come se attraversassero un oggetto omogeneo, con la carica elettrica (positiva nei protoni) distribuita uniformemente. Dunque, bisognava supporre che vi fossero cariche elettriche concentrate in vari punti all'interno dei protoni. Anzi, queste cariche dovevano essere estremamente concentrate dal momento che, in rari casi, facevano rimbalzare di lato l'elettrone. Insomma, il protone possedeva una sua complessa architettura interna.

L'esistenza di sei tipi di quark è stata sperimentalmente provata, ma in maniera indiretta. Nessuno ha mai osservato un quark libero.

Infatti, come prevede la teoria, essi sono «confinati»: non possono separarsi l'uno dall'altro e più si tenta di allontanarli, più la forza che li tiene uniti aumenta. Tuttavia, da vari indizi è stato non solo possibile provarne l'esistenza, ma anche misurarne la stupefacente carica elettrica frazionaria.

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