INTERAZIONI
TRA PARTICELLE Il concetto di interazione
è probabilmente innato. Interazione è, ad esempio, quella tra due pianeti o quella che
ci tiene sulla terra per effetto del campo gravitazionale. Sempre
interazione è quella tra due cariche elettriche o tra due poli magnetici.
In natura esistono quattro interazioni fondamentali, che
sono alla base degli scambi di forze tra le particelle e che sono
responsabili della struttura delluniverso.
Queste sono linterazione forte, lelettromagnetica, la debole
e la gravitazionale.
Prima di procedere ad introdurle brevemente sono necessarie alcune piccole premesse.
In primo luogo noi abbiamo trattato i campi
elettrici e magnetici in modo distinto, ora invece questi concetti li troviamo
unificati. Infatti questa unificazione, effettuata da Maxwell
nella seconda metà del secolo scorso, è parte integrante della fisica moderna, che ha
abbandonato i concetti di campo elettrico e magnetico come entità distinte. Più
correttamente, infatti, avremmo dovuto parlare di campi elettrostatici e magnetostatici,
in quanto non appena le cariche elettriche od i poli magnetici si muovono, i discorsi precedenti andrebbero
modificati.
Nella teoria relativistica dei campi quantizzati, quella,
cioè, che descrive la creazione e linterazione delle particelle, non sono possibili
interazioni a distanza (come, ad esempio, nel campo gravitazionale), le interazioni
avvengono per scambio di una o più particelle, i bosoni intermedi o "quanti
di energia". Queste particelle, in quanto trasportatrici dellenergia dellinterazione, vengono emesse e riassorbite dalle
particelle interagenti.
Il più famoso bosone intermedio è, probabilmente, il fotone, il
quanto del campo elettromagnetico.
Descrivendo uninterazione è importante definire due
quantità: il range o raggio d' azione e lintensità.
Il range di uninterazione è la distanza massima cui questa è influente. Ad
esempio linterazione gravitazionale ha un range
infinito; per questa caratteristica il sole esercita la sua forza anche su pianeti
lontanissimi. Le interazioni forti, invece, hanno range
pari a circa le dimensioni del nucleo: un adrone che passi oltre
questa distanza subirà uninterazione con il nucleo trascurabile.
Lintensità delle interazioni fornisce i rapporti di forza tra le diverse
interazioni.
Introduciamo ora brevemente le caratteristiche salienti
delle quattro interazioni fondamentali in ordine decrescente di intensità relativa:
- Interazione forte:
è responsabile della struttura degli adroni e dei nuclei, permettendo a questi di
rimanere legati, vincendo la repulsione coulombiana tra i protoni.
Si manifesta a livello fondamentale tra quarks e gluoni; questi
ultimi sono anche i bosoni intermedi delle interazioni.
Ha intensità relativa pari ad uno, essendo la più intensa delle quattro, e range di
circa 10-15m.
- Interazione elettromagnetica:
è responsabile della struttura atomica e molecolare, delle reazioni chimiche e di tutte
le forze (escluse quelle gravitazionali) che osserviamo nel nostro mondo (come, ad esmpio,
le forze magnetiche). Si manifesta tra tutte le particelle elettricamente cariche ed ha
come bosone intermedio il fotone.
Ha raggio dazione infinito ed intensità relativa di circa 10-2.
- Interazione debole:
è responsabile dei decadimenti delle particelle e dei
decadimenti b dei nuclei. Si manifesta tra tutte le particelle, leptoni e quarks.
Queste interazioni hanno tre bosoni intermedi,
detti Z0, W+, W-; tra tutti i bosoni intermedi questi
sono gli unici a non avere massa nulla.
Le interazioni deboli hanno raggio dazione di circa 10-18m ed intensità
relativa di circa
10-5. Negli anni settanta le interazioni deboli ed elettromagnetiche sono state
unificate nelle interazioni elettrodeboli, ad opera di S.Glashow, A.Salam e
S.Weimberg (insigniti del premio Nobel per la fisica nel 1979) che realizzarono, dopo
lunificazione delle interazioni elettriche e magnetiche eseguita da Maxwell, un
ulteriore passo avanti verso lunificazione di tutte le interazioni fondamentali.
- Interazione gravitazionale:
è responsabile delle forze di gravità. Si manifesta tra tutte le particelle ed ha come
bosone intermedio il gravitone, l'unico a non essere stato ancora osservato.
Ha raggio dazione infinito ed intensità relativa di circa 10-39.
Da questa breve descrizione si vede che la forza
gravitazionale è incredibilmente meno intensa delle altre. Questo però non deve
stupirci, infatti per poterla apprezzare si deve essere molto più lontano delle distanze
nucleari (così le interazioni deboli e forti sono nulle) ed oltre gli elettroni più
esterni dell' atomo, così da annullare anche le forze elettromagnetiche. Siccome la massa
delle particelle è molto piccola, per potere apprezzare bene linterazione
gravitazionale bisogna unire miliardi di atomi: così appare il mondo che ci circonda,
dominato dalla forza gravitazionale.
|