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I primi modelli atomici
UNITÀ
C1
Qualcosa in più
interagisce con neutroni e protoni per te-
nerli uniti nei nuclei, mentre i più pesanti
sono i
barioni
, tra cui protoni e neutroni.
Gli adroni scoperti, oltre a essere in grande
numero, presentano spesso caratteristiche
molto diverse tra di loro, un vero “zoo nu-
cleare”, come venne definito da E. Fermi.
Queste osservazioni indussero a supporre
che tali specie non potessero essere tutte
“elementari”. Nel 1963 M. Gell-Mann e
G. Zwieg formularono una teoria secon-
do la quale gli adroni sarebbero composti
da particelle elementari, i
quark
, tenuti
assieme dalla forza nucleare forte grazie
allo scambio di gluoni (
Tabella B
).
Tale teoria, confermata da molte prove
sperimentali, propone nella versione at-
tuale l’esistenza di sei quark che si diffe-
renziano per il
sapore
(termine di fantasia
che non ha alcuna attinenza con il gusto)
e dei sei relativi antiquark. Tutti sono do-
tati di carica frazionaria pari a 2/3 o –1/3
in u.e. (e quindi –2/3 e 1/3 u.e. per i cor-
rispondenti antiquark) e di spin che può
valere ±1/2.
Tutti gli adroni noti sono formati da com-
binazioni di quark, ma secondo una rego-
la ben precisa: i mesoni sono formati da
un quark e da un antiquark (non neces-
sariamente dello stesso sapore), mentre
i barioni sono formati da tre quark (non
necessariamente di sapore diverso). Per
esempio, il pione, un mesone, ha compo-
sizione ud[d soprasegnata], mentre i due
più noti barioni, il protone e il neutrone,
hanno composizione rispettiva uud e ddu.
I quark, oltre che da massa, spin e sapore
sono caratterizzati da un’altra proprietà
chiamata
colore
(anche questo è un ter-
mine di fantasia, che non ha alcun riferi-
mento all’ottica), che può presentare tre
valori (blu, rosso, verde) e i loro comple-
mentari. Un adrone non ha colore, perché
i quark che lo formano presentano sempre
colori che si compensano. In un barione i
quark hanno tre colori diversi, mentre in
un mesone quark e antiquark hanno colori
complementari: blu-antiblu (giallo), verde-
antiverde (magenta) e rosso-antirosso
(ciano). Le interazioni tra i quark, dovute
alla forza nucleare forte, sono trasmesse
da gluoni (di otto tipi diversi, per tener
conto anche delle interazioni di colore).
Secondo la teoria nota come “modello
standard”, le particelle fondamentali si
riducono a sei leptoni e sei quark (più le
relative antiparticelle), raggruppati in tre
famiglie (
Tabella C
), alle quali vanno ag-
giunti i quanti mediatori delle forze.
La prima famiglia è sufficiente per descri-
vere la materia che noi conosciamo, men-
tre le altre divengono necessarie solo in
condizioni di alta energia, per spiegare i
prodotti massicci e altamente instabili che
si realizzano durante le collisioni tra par-
ticelle spinte a elevatissima velocità dagli
acceleratori di particelle.
sapore
anno scoperta simbolo antiparticella massa (GeV) carica (u.e.) spin
up
1963
u
u–
0,05
2/3
1/2
down
1963
d
d
–
0,08
–1/3
1/2
charm
1974
c
c–
1,5
2/3
1/2
strange
1974
s
s–
0,160
–1/3
1/2
top (o truth)
1994
t
t–
174
2/3
1/2
bottom
(o beauty)
1977
b
b
–
4,25
–1/3
1/2
I quark che compongono protone e neutrone.
u
+2/3
u
+2/3
protone
neutrone
d
–1/3
u
+2/3
d
–1/3
d
–1/3
Tabella B
I quark
leptoni
quark
prima famiglia
e
–
e
u
d
seconda famiglia
c
s
terza famiglia
t
b
Tabella C
Le famiglie di particelle nel modello standard
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