Le Particelle subatomiche

8. Oltre protone e neutrone

di Patrizia De Simone

Negli anni 60 i fisici dimostrarono che il protone e il neutrone sono entrambi composti da particelle più piccole: i quark icona_glossario. Protone e neutrone sono composti da due varietà di quark chiamati up e down. Il protone è composto da tre quark, per l'esattezza due quark up e un quark down. Ogni quark up trasporta una quantità di carica elettrica positiva pari a due terzi della carica di un elettrone (ma di segno opposto). Ogni quark down trasporta una quantità di carica negativa, di grandezza pari a un terzo della carica dell'elettrone.

Quindi, la carica complessiva del protone è unitaria e positiva (2/3 + 2/3 - 1/3 = 1). Anche il neutrone è composto da tre quark, per l'esattezza due quark down e un quark up. Quindi, la carica elettrica complessiva del neutrone è nulla (2/3 - 1/3 - 1/3 = 0).

I costituenti fondamentali, i mattoni ipotizzati dai greci di cui tutto il mondo intorno a noi è costituito, sono finalmente stati identificati? Forse, ma sicuramente non sono soltanto elettroni e quark up e down! Nel 1956, i fisici F. Reines icona_biografia, e C. Cowan icona_quantibio, scoprirono un'altra particella indivisibile: il neutrino icona_esperto icona_glossario , che peraltro era già stato previsto qualche anno prima dal fisico teorico W. Pauli icona_biografia.

Esperimenti successivi hanno mostrato che il quadro dei costituenti fondamentali della materia non è ancora completo: esistono infatti altri tipi di quark oltre a quelli up e down. Non solo: esistono altre particelle simili all'elettrone e al neutrino icona_fumetto. Oggi i fisici hanno sperimentalmente dimostrato l'esistenza di tre famiglie di particelle elementari del tutto simili tra loro, tranne per le masse. Queste particelle, raggruppate in tre famiglie, sono alla base del modello teorico denominato Modello Standard.

...ma, forse, la storia ancora una volta non è finita!

Alcuni fisici teorici ritengono che anche i quark non siano elementari e che, quando saremo in grado di ispezionarli grazie a precisioni oggi irraggiungibili con le tecnologie attuali, ci accorgeremo che sono scomponibili in elementi chiamati "string" (in italiano "corde") che possiamo immaginare come dei minuscoli filamenti oscillanti. 

ScienzaPerTutti_stringa_quark_aperta ScienzaPerTutti_stringa_quark_chiusa

Le loro dimensioni sarebbero tali che, partendo da un protone, per ottenerne una misura eguale, dovremmo dividerlo in un milione di parti, poi dividere ognuna di queste parti ancora un milione di volte e poi dividere quanto ottenuto in cento parti. La loro esistenza non è oggi dimostrabile ma, se esistessero, risolverebbero alcuni problemi ancora insoluti. Numerose teorie delle stringhe sono state sviluppate negli ultimi 20 anni da fisici teorici, tuttavia non esiste ancora alcuna conferma sperimentale ed esse sono ritenute da molti fisici non confutabile icona_glossario e quindi come tali resterebbero pure costruzioni matematiche.

Ma questa è tutta un' altra storia...