Come è assemblato l’universo

4. Come "lavorano" i fisici

di P. de Simone, P. Patteri 

Nel corso di tutto questo secolo i fisici hanno studiato la natura e svelato molti dei suoi misteri. L'osservazione sistematica dei fenomeni naturali è alla base del progresso della conoscenza scientifica. Accumulando informazioni si possono evidenziare delle regolarità nei fenomeni in studio, che sono estremamente utili per determinare le leggi che li governano. Succede più o meno come ad un marziano che si trovi ad osservare un gruppo di persone che giocano con le carte a "scopone". In breve capirà che le carte utilizzate dai giocatori hanno quattro tipi di semi, che i giocatori cercano di collezionare quante più carte possibili, specialmente quelle con il seme delle "monete d'oro", realizzando varie combinazioni di carte. In modo simile i fisici, osservando le interazioni tra le particelle elementari, hanno dedotto la regola della conservazione del numero leptonico della quale abbiamo già parlato.

"nel processo di trasformazione di un leptone il numero dei membri
di ogni famiglia prima e dopo la trasformazione deve rimanere costante".

Per catalogare e studiare tutti i possibili modi di interazione delle particelle elementari, i fisici utilizzano i diagrammi introdotti da Richard Feynmanicona_minibiografia. I diagrammi di Feynman sono uno strumento di grandissima utilità: essi sono stati usati da più di sei generazioni di ricercatori.

scienzapertutti_schema_diagrammi_feynman  

 

 

Grafico di Feynman che rappresenta uno raro processo studiato dai fisici per capire uno dei misteri dell'Universo: quello dell'antimateria. I fisici non mancano di ironia ed hanno denominato questo diagramma "penguine" (pinguino) per la sua "vaga" similitudine col simpatico volatile.

 

 

 

Lo sviluppo e l'utilizzo delle macchine acceleratrici è stato ed è di grande aiuto per determinare il quadro delle particelle fondamentali che abbiamo introdotto in questo articolo, essenzialmente perché tali macchine hanno permesso - e ancora permettono - l'osservazione e l'analisi di un grande numero di eventi icona_glossario .

Le ricerche di E. Rutherford icona_biografia avviarono un nuovo metodo di indagine utilizzando la radioattività per esplorare il nucleo. In seguito, le particelle proiettili che si ottenevano dagli elementi radioattivi si mostrarono insufficienti per indagare sempre di più nell'intimo della materia. Infatti, per penetrare nella struttura sub-atomica erano necessari proiettili sempre più "energetici" e gli elementi radioattivi naturali non erano sufficienti. Bisognava quindi  imprimere una forte energia ad un fascio di particelle per  procurarsi artificialmente particelle proiettili: nasce così l’idea delle macchine acceleratrici.

Ernest Orlando Lawrenceicona_biografia costruì la prima macchina acceleratrice di particelle: un ciclotrone di vetro. Anche Enrico Fermi , il grande fisico italiano, ebbe un ruolo determinante poiché fra i primi comprese l'importanza delle macchine acceleratrici e ne sostenne fortemente lo sviluppo. La prima macchina costruita da E. Lawrence aveva un diametro di 10 cm. La prima macchina nella quale collidevano elettroni e positroni fu realizzata da Bruno Touschek icona_biografia nei Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN icona_linkesterno all'inizio degli anni `60 con il nome di AdA (Anello di Accumulazione) ed aveva un diametro di circa un metro.  Il Large Hadron Collider ( LHC icona_linkesterno), che  ha iniziato a funzionare nel 2009 al Centro Europeo per la Ricerca Nucleare di Ginevra (CERN),  ha un diametro di ben 9 km!

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