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0340. Può un neutrone avere una anticarica?

 

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Leggendo alcuni articoli in diversi web-site, compreso SxT si parla dell’antimateria e di come ogni particella abbia il suo partner con carica opposta, l’antiparticella appunto (protoni e antiprotoni, elettroni e positroni, quark e antiquark). Tuttavia sono rimasto perplesso di fronte alla citazione riguardante il neutrone, che secondo alcuni anch'esso dovrebbe avere una anticarica, ma come può essere ciò se la sua carica è neutra? (Luca Milanese)2216_3135_5502

 

sem_esperto_verdeLa domanda del nostro web-nauta ha una prima risposta, semplice e diretta, che si basa sul fatto che il neutrone icona_glossario e l’antineutrone non sono particelle realmente elementari.

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Nella tabella sono riportate le particelle elementari previste dal Modello Standard.

Nel nucleo atomico solo l’ elettrone è elementare; netrone e protone sono composti ognuno da tre quark.

Il neutrone è - come peraltro il nostri lettori ben sanno - una particella composta, formata da tre quark, due di tipo “down” (con carica -1/3) ed uno di tipo “up” (con carica +2/3) . L’antineutrone, a sua volta, è formato dai tre anti-quark corrispondenti, cioè da due “anti-down” (carica +1/3) ed un “anti-up” (carica -2/3). In entrambe i casi la somma della cariche in gioco è uguale a zero, ma la composizione elementare delle due particelle è in un caso di materia e nell’altro di antimateria. Tuttavia questa non è la fine della storia, perché il dubbio espresso dal nostro lettore si può trasferire anche a particelle con carica elettrica nulla realmente elementari. Il neutrino icona_glossario , per esempio, possiede un ben definito partner di antimateria: l’anti-neutrino.

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Per risolvere il dilemma, in questo caso, conviene fermarsi innanzi tutto a riflettere sul concetto di carica. Cosa è in effetti, la carica elettrica icona_esperto[169] ? A tutta prima la risposta sembra ovvia. Ogni giorno possiamo sperimentare direttamente gli effetti, più o meno gradevoli, della sua esistenza. Lo scorrere di cariche elettriche in un filo conduttore trasporta l’energia utile per far funzionare gli elettrodomestici nelle nostre case. In giornate particolarmente secche e terse, avvertiamo il “colpo”delle cariche elettriche che si sono accumulate sulle maniglie metalliche di case e automobili icona_esperto[226] . In poche parole, abbiamo una percezione intuitiva della carica elettrica e tutto quello che dobbiamo sapere in più rispetto alla nostra intuizione è che essa si presenta in due opposte polarità positiva e negativa, con le note regole di attrazione/repulsione tra cariche di segno opposto od uguale. Questo è, però, l’aspetto “macroscopico” del problema. Dal punto di vista della Fisica delle Particelle, la carica elettrica deve essere vista innanzi tutto come la grandezza a causa della quale una particella è sensibile all’interazione elettromagnetica . Una particella di carica elettrica zero, dunque, semplicemente non è sensibile ad interazioni elettromagnetiche. Ma, come sappiamo, nel mondo subatomico entrano in gioco anche altre interazioni fondamentali, la interazione debole e quella forte ciascuna delle quali associata a differenti tipi di cariche o - come più tecnicamente si tende a dire tra fisici - a differenti “numeri quantici” icona_esperto[47] icona_esperto[295]. Quando si dice che l’antiparticella ha la carica opposta a quella della corrispondente particella, ci si deve riferire non solo alla carica elettrica ma a tutte le cariche delle interazioni a cui è soggetta. Il neutrino, che ha la carica elettrica nulla, è insensibile alla forza elettromagnetica. Tuttavia, essendo portatore del cosiddetto “numero leptonico”, “sente” le interazioni deboli . La sua antiparticella, l’antineutrino, è soggetto all’interazione debole ed il suo numero leptonico (a cui possiamo pensare come una sorta di “carica debole”) è opposto a quello del neutrino. L’interazione forte dipende dalla cosiddetta “carica di colore” icona_esperto[89] (e’ solo un nome convenzionale, niente a che vedere con i colori del mondo macroscopico!). Particelle come l’elettrone od il neutrino, che non portano “carica di colore”, non sono sensibili, per questo, ad interazioni forti. I quark che portano il“colore” il“sapore” (l’equivalente del numero leptonico per i quark) e la carica elettrica sono sensibili a tutte e tre le interazioni fondamentali, e i relativi antiquark portano i valori inversi di queste tre grandezze. Abbiamo detto per “carica opposta di una antiparticella rispetto a quella della corrispondente particella, + ci si deve riferire non solo alla carica elettrica, ma a tutte le cariche delle interazioni a cui è soggetta”. Anche questo non è esatto perché non esiste l’anticarica della carica gravitazionale. Ma la gravità non rientra forse anch’essa nel novero delle interazioni fondamentali? Certamente, ma con una notevole eccezione: la “carica gravitazionale” altro non è che la massa icona_esperto[101] di una particella. Questo lo sappiamo bene, dalla mela di Newton in poi. Ebbene, particelle ed antiparticelle hanno tutti i numeri quantici opposti, ma la stessa massa! Non esiste una “antimassa”, non esiste una “antigravita’”. Questo è uno dei motivi, anche se non l’unico, per cui l’ interazione gravitazionale è lo scoglio più difficile da aggirare nel tentativo di soddisfare il grande sogno einsteiniano di Grande Unificazione di tutte le forze fondamentali, cioè’ di ottenere quella che viene chiamata la Teoria del Tutto.

Fabio Bossi – Fisico


 

 
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