LE PARTICELLE SUBATOMICHE

L’atomo è caratterizzato da un nucleo centrale molto denso costituito da due tipi di particelle: i Neutroni (privi di carica elettrica) ed i Protoni (di carica elettrica positiva).
Attorno al nucleo si muovono velocissime e disordinatamente delle particelle molto più piccole: gli Elettroni (di carica elettrica negativa). Mentre Protoni e Neutroni hanno massa quasi uguale, gli Elettroni sono 1836 volte più piccoli di un Protone e 1837 volte più piccoli di un Neutrone.
Chiariamo subito che l’Elettrone è una particella elementare, cioè non è costituito da altre particelle. Protoni e Neutroni sono invece costituiti da altre particelle.
Sia i Protoni che i Neutroni sono costituiti da tre Quark. Il Quark è una particella che non è mai stata osservata isolata, ma solo in combinazione di due o più Quark.
Considerando che la carica elettrica del Protone è +1 e quella dell’elettrone è -1, si osserva che i Quark hanno carica elettrica frazionaria che può essere o +2/3 o -1/3.
Esistono sei tipi di Quark che, oltre che per la carica elettrica, si differenziano anche per la massa. Essi sono stati chiamati Up, Down, Strange, Charm, Bottom e Top in ordine di massa crescente.
I Quark Up, Charm e Top hanno carica elettrica +2/3, mentre i Quark Down, Strange e Bottom hanno carica elettrica -1/3.
Il Protone è costituito da due Quark Up ed uno Down, mentre il Neutrone è costituito da un Quark Up e due Quark Down.
Per quanto riguarda la carica elettrica, vediamo che per il Protone si ha:  +2/3 +2/3 -1/3  =  +1,
mentre per il Neutrone si ha: +2/3 -1/3 -1/3  =  0
I Quark sono tenuti insieme nel Protone o nel Neutrone dalla cosidetta “interazione forte” che è una delle 4 forze fondamentali che esistono in Natura (le altre sono l’interazione elettromagnetica, l’interazione debole e l’interazione gravitazionale).
L’interazione forte è la stessa forza che permette di tenere inpacchettati i protoni nel nucleo dell’atomo, in quanto è più forte dell’interazione elettromagnetica per la quale i protoni, tutti di uguale carica elettrica positiva, si dovrebbero respingere.
All’interno del protone e del neutrone, l’interazione forte è trasmessa attraverso i Gluoni che sono particelle elementari di massa praticamente nulla e privi di carica elettrica.
I Gluoni sono dunque i “mediatori” dell’interazione forte ed il loro nome proviene dall’inglese “glue” che vuol dire colla.
I mediatori dell’interazione elettromagnetica sono invece i Fotoni, mentre quelli dell’interazione debole sono i Bosoni W e Z. Per quanto riguarda la interazione gravitazionale, il suo mediatore, chiamato gravitone, seppur previsto teoricamente, non è stato ancora osservato.
Queste di cui abbiamo parlato, sono solo alcune delle particelle subatomiche. Qualcuno parla di uno zoo di particelle, per cui non è facile una classificazione.
Una prima suddivisione si può fare tra le particelle elementari e quelle composte.
Le principali particelle elementari sono i sei tipi di Quark, l’Elettrone, il Gluone, tre tipi di Neutrini, il Muone, il Tauone, il Fotone, i Bosoni W e Z e l’ipotetico Gravitone.
Le principali particelle composte sono il Protone, il Neutrone, i Tetraquark ed i Pentaquark (formati rispettivamente da 4 e 5 Quark, sempre tenuti insieme dai gluoni), gli Iperoni (formati da 3 Quark diversi da quelli che formano Protoni e neutroni) ed i Mesoni formati da un Quark ed un Antiquark (come tutte le particelle subatomiche, anche i Quark hanno la loro antiparticella di massa uguale e carica elettrica opposta).
Piuttosto che soffermarci sulla descrizione dei singoli tipi di particelle subatomiche, vogliamo invece accennare ad una proprietà denominata “dualismo Onda – Particella”, per le sue interessanti conseguenze, anche sul piano Filosofico.
La questione è molto semplice: in alcuni esperimenti le particelle elementari si comportato come particelle materiali, ma in altri esperimenti si comportano come onde, cioè hanno una natura che, all’osservatore, si presenta talvolta come corpuscolare e talvolta come ondulatoria.
Il fatto è che noi descriviamo tramite modelli Fisico-Matematici “oggetti” che in realtà sono per noi inconoscibili, ma che, a differenza della rappresentazione illusoria della realtà che ci da il nostro cervello, rappresentano la vera realtà.
Il fenomeno è mirabilmente sintetizzato dall’equazione di De Broglie: ad ogni particella di massa m, che si muova alla velocità v, è associata una lunghezza d’onda L, data dall’equazione:
L  =  h/(mv)
In questa equazione h è la costante di Planck [6,62606896(33) x 10^(-34)] che, come la velocità della luce, è una delle costanti fondamentali della Fisica.