Il modello standard

4. L'interazione forte

di Patriza De Simone

Abbiamo accennato che l'interazione elettromagnetica è responsabile della coesione tra gli elettroni e il nucleo negli atomi. Quando si scende alla scala del nucleo atomico, i protoni ed i neutroni sono tenuti insieme da un'altra forza, l'interazione forte che impedisce al nucleo di disintegrarsi in conseguenza della repulsione elettromagnetica tra i protoni del nucleo. L'interazione forte non è però connessa direttamente a neutroni e protoni , bensì a uno strato di struttura più profondo al loro interno, al livello dei quark icona_glossario .

L'evidenza sperimentale dell'esistenza dei quark proviene da una serie di esperimenti eseguiti alla fine degli anni Sessanta e negli anni Settanta, iniziati dai ricercatori della Stanford University  icona_linkesterno in California. Questi esperimenti utilizzarono fasci di elettroni di elevata energia sparati contro i nuclei atomici. Lo studio della diffusione degli elettroni dopo l'urto con i nuclei mise in evidenza la struttura interna dei protoni e dei neutroni.

Ogni protone e neutrone è composto invariabilmente di tre quark. Il carattere più interessante dei quark è che essi non vengono mai osservati isolatamente ma solo in triplette (particelle indicate con il nome di barioni icona_glossario , protoni e neutroni sono barioni) e in coppie (particelle indicate con il nome di mesoni icona_glossario ).

I quark sono tenuti uniti dallo scambio delle particelle mediatrici della forza forte. Quando si trattò di dare un nome a queste particelle, i fisici si permisero una piccola battuta: le chiamarono gluoni icona_glossario perché "incollano" i quark l'uno all'altro (in inglese "glue" vuol dire "colla") .

Anziché pensare ai gluoni fra due quark come a un fascio di particelle, dobbiamo immaginarli come un robusto elastico che li unisce. Quando i quark sono vicini, l'elastico è allentato e  possono muoversi l'uno relativamente all'altro, ma quando i quark cercano di allontanarsi fra loro (anche disponendosi semplicemente ai due lati opposti di un protone) l'elastico si tende e li attrae l'uno verso l'altro. Quanto più essi si allontanano, tanto più l'elastico si tende e tanto più fortemente essi sono attratti.

Quindi l'intensità dell'interazione forte aumenta all'aumentare della distanza delle particelle interagenti (i quark in un barione o in un mesone) ma il raggio d'azione dell'interazione forte è estremamente piccolo, sufficiente per garantire l'integrità dei nuclei atomici, circa 1 fm (1 fermi).

Così come l'interazione elettromagnetica avviene solo tra particelle dotate di carica elettrica, l'interazione forte avviene solo tra particelle composte di quark. Ciò è dovuto al fatto che i quarks trasportano un nuovo tipo di carica, la carica di colore.

Diversamente dalla carica elettrica, la carica di colore icona_glossario non si presenta nel mondo quoditiano. E` chiamata carica di colore perché le regole per combinare i quark in barioni (particelle con tre quark) e/o in mesoni (particelle con due quark) ricordano le regole per ottenere la luce bianca dai colori primari, ma in realtà questo tipo di carica non ha alcuna vera connessione con i colori reali.

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