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0090. Cosa si intende per emissione e assorbimento di un bosone?

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In una interazione, una carica emette un bosone e l’altra lo acquisisce. Vorrei capire cosa si intende concettualmente per emissione/assorbimento. (Marco Pugliese)


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Quando due particelle interagiscono una emette un bosone e l'altra lo assorbe come fossero due giocatori che si passano la palla.

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Il fatto che sia una particella della famiglia dei bosoni icona_glossario ad essere scambiata scaturisce da una legge di conservazione. Le particelle fondamentali ( elementari icona_glossario) che interagiscono sono fermioni icona_glossario (spin semi-intero) . Se quindi per conservare lo spin totale dell'interazione la particella deve essere proporzionale alla somma dei due spin (p.es. 1/2 + 1/2 = 1). Una delle caratteristiche dei bosoni è che, al contrario dei fermioni, amano stare in uno stesso stato energetico. I fermioni sono più "individualisti" nel senso che non amano (non possono) occupare uno stato energetico già occupato da un altro fermione (Principio di Pauli icona_biografia). Questa caratteristica, che emerge dalla struttura della funzione d'onda associata alla particella (dualismo onda/corpuscolo), fornisce numerose proprietà che possono essere approfondite nelle altre pagine nostro sito. Il concetto cruciale da comprendere, nel caso di una interazione tra particelle, è che il bosone rappresenta lo stato intermedio dell'interazione e porta con se le esatte informazioni (numeri quantici) affinché si passi dallo stato fisico iniziale allo stato fisico finale. Tale bosone vive per un tempo brevissimo e non può, neanche teoricamente, essere osservato direttamente e pertanto viene detto "virtuale". La vita di tale particella è confinata dal principio di indeterminazione di Heisenberg icona_biografia. Per comprendere meglio tale questione pensiamo che la particella mediatrice dell'interazione, per poter realmente esistere ed essere osservata, deve avere almeno un minimo di energia che corrisponde alla sua massa a riposo. Ebbene, nel caso di una interazione, questa energia viene fornita alla particella per un certo tempo. La relazione tra l'energia fornita ed il tempo di "possesso" di tale energia sarà E × T=h, energia × tempo = h = costante di Planck (Principio di indeterminazione di Heisenberg). Il problema è che il tempo è talmente breve che se l'energia non è incredibilmente alta il prodotto E × T sarà minore della costante di Planck. Questo non permette alla particella di entrare nel mondo reale ma rimanere confinata in un mondo che definiamo, più o meno idealmente, virtuale. Al contrario, quando non parliamo di interazione diretta tra particelle elementari, ma ad esempio quando un atomo emette un fotone ed un altro lo assorbe, senza implicare una interazione diretta tra i due atomi, il bosone è reale esso può allora tranquillamente essere rivelato e misurato sperimentalmente.

Pasquale Di Nezza - Fisico


 

 
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