Il modello standard

5. L'interazione debole

di Patrizia De Simone

La forza debole è quella che si discosta di più dalla nozione di forza della nostra esperienza quoditiana. L'interazione debole non contribuisce tanto alla coesione della materia quanto alla sua trasformazione. Come esempio consideriamo una particolare manifestazione delle interazioni deboli, il decadimento beta: scienzapertutti_decadimentobeta

la trasfomazione di un neutrone in un protone più un elettrone e un antineutrino elettrone. Seguiamo le singole fasi di questa trasformazione:

disegno 1: lo stato iniziale è un neutrone composto di due quark down e un quark up

scienzapertutti_neutrone_composto_quark

disegno 2: un quark down interagisce con il campo associato dell'interazione debole ed emette il mediatore di quel campo, il bosone intermedio W, trasformandosi in un quark up.

scienzapertutti_bosone_intermedio_w

 

 Nota: la carica iniziale del quark down è -1/3, mentre la carica finale è la somma della carica del quark up (2/3) e del bosone W (-1). Questo vuol dire che la carica totale in un processo di trasformazione - o come tecnicamente si dice di "decadimento debole" - si conserva.

disegno 3: il neutrone iniziale è ora diventato un protone (ricordiamo che un protone è composto di due quark up e di uno down)

scienzapertutti_neutrone_diventa_protone

disegno 4: il bosone W decade in un elettrone (carica elettrica -1) e in un anti-neutrino privo di carica elettrica. Anche in questo passaggio la carica elettrica è conservata.

scienzapertutti_decadimento_bosone_w
     disegno 5: nello stato finale l'elettrone e l'antineutrino si allontanano dal protone. scienzapertutti_allontanamento_elettrone_neutrino

 Il processo appena descritto è alla base del fenomeno della radioattività di alcuni atomi come l'Uranio 238.

In generale, le interazioni deboli sono responsabili del decadimento di quark e leptoni. Le particelle mediatrici delle interazioni deboli sono due bosoni W - uno con carica elettrica positiva ed uno con carica elettrica negativa - e un bosone Z con carica elettrica nulla, tutti e tre hanno massa diversa da zero. Il raggio d'azione della forza debole è estremamente piccolo, al limite possiamo dire che è puntiforme, cosicché è improbabile che due particelle si trovino abbastanza vicine da sentire l'una la forza dell'altra. Il raggio d'azione della forza è così piccolo perché i bosoni W e Z che la mediano sono molto pesanti (il bosone W è 85 volte la massa del protone, mentre il bosone Z è 97 volte la massa del protone), così pesanti che è difficile per due particelle scambiarseli! Ne segue che anche l'intensità relativa delle interazioni deboli è estremamente piccola, tanto piccola che i processi di decadimento sono in generale eventi molto rari.

Negli anni Settanta, le interazioni deboli icona_glossario ed elettromagnetiche sono state descritte nell' unica teoria delle interazioni elettrodeboli da S. Glashow icona_biografia, A. Salam icona_biografia e S. Weinberg icona_biografia (insigniti del premio Nobel per la fisica nel 1979) che realizzarono un ulteriore passo in avanti verso l'unificazione di tutte le forze fondamentali dopo quella delle interazioni elettriche e magnetiche eseguita da Maxwell nell'800.

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