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I quark

12 marzo 2010

Terza puntata dedicata all’atomo e ai suoi componenti, oggi parliamo di qualcosa il cui nome e’ molto noto, ma che i piu’ non conoscono per nulla o quasi: i Quark.

Nelle puntate precedenti (qui e qui) abbiamo visto che elettroni, protoni e neutroni sono i mattoncini che compongono ogni atomo e che l’analisi del loro numero ci permette di stabilire il tipo di elemento (numero di protoni nel nucleo) ovvero se si tratti di ossigeno, ferro idrogeno o di uno degli altri elementi (94 naturali e 23 artificiali), di quale isotopo di quell’elemento si tratti (determinato dal numero di neutroni), ad esempio carbonio-12, carbonio-13 o carbonio-14 e infine se si tratti dell’atomo cosiddetto neutro (il numero di elettroni pareggia quello dei protoni nel nucleo equilibrando le cariche elettriche) oppure se siamo in presenza di uno ione, ovvero un atomo con una carica elettrica: o un anione (piu’ elettroni che protoni, quindi carica negativa), o un catione (meno elettroni che protoni, carica positiva).

A questo punto ci si puo’ chiedere: “siamo arrivati al limite del piccolo?” “Queste particelle sono davvero indivisibili oppure anch’esse sono composte da qualcosa di piu’ piccolo?”. La risposta e’: dipende.

L’elettrone e’ una particella elementare, ovvero, secondo le conoscenze attuali, non puo’ essere divisa in parti piu’ piccole, non ha una struttura interna, e’ un mattoncino fondamentale della materia.

Il protone e il neutrone, invece, non sono particelle elementari e fanno parte di un gruppo di particelle, chiamate adroni, che sono composte dall’unione di piu’ quark, nel caso di protone e neutrone, tre quark.

Composizione di un protone (immagine creata da Arpad Horvath e rilasciata sotto licenza Creative Commons)

Senza addentrarci troppo nei dettagli – la materia e’ decisamente complessa anche per gli esperti del settore – andiamo a vedere quanti quark esistano. Vi sono, infatti, sei tipi, o “sapori” (flavours in inglese), di quark (l’ultimo dei quali e’ stato “osservato” per la prima volta nel 1995 al Fermilab): up, down, charm, strange, top e bottom. I primi due, up e down, sono quelli con la massa minore dei sei, e anche gli unici stabili. Gli altri quattro si creano, anche naturalmente, attraverso fenomeni ad alta energia, ma dopo tempi brevissimi tendono a trasformarsi, decadere, in up o down.

Up e down sono i quark che compongono protoni (vedere immagine sopra: u=up, d=down) e neutroni. Un protone e’ composto da due quark up e da uno down e il neutrone da due down e uno up.

Ovviamente non e’ tutto qui, si potrebbero riempire volumi interi (e lo si fa, statene certi ;-)) sui quark (e gli antiquark, i loro omologhi nell’antimateria) e su tutto lo zoo di particelle, elementari o meno, che viene studiato da fisici di tutto il mondo negli acceleratori. Credo, pero’, che sia piu’ che sufficiente per avere un’idea su questi strani pezzetti di materia.

Prima di lasciarvi, ecco una piccola informazione proprio sugli acceleratori di particelle: ricordate che all’inizio dell’articolo ho menzionato che protoni e neutroni fanno parte del gruppo degli adroni? Ebbene, il nuovo acceleratore di particelle del CERN, il large hadron collider (LHC, grande collisore di adroni), si chiama cosi’ proprio perche’ usera’ protoni e ioni come proiettili invece dei piu’ leggeri elettroni.

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