Struttura del nucleo: particelle e forze

Allo studio sperimentale della struttura e dell’attività dei nuclei si è giunti solo in questo secolo.

Nel 1815 il medico inglese Prout ipotizzò che gli atomi non fossero altro che il prodotto di aggregazione di più atomi di idrogeno, ma la sua ipotesi non riusciva a spiegare, per alcuni elementi, le masse atomiche relative diverse da numeri interi della massa unitaria dell’idrogeno.

Solo nel 1920, con la scoperta dello spettrometro di massa che permette di isolare atomi chimicamente uguali ma massa diversa (isotopi), la teoria di Prout trovò nuovo credito.

Con l’ipotesi di Rutherford (1911) secondo la quale nel nucleo di ogni atomo è relegata tutta la sua massa e tutta la sua carica positiva e con la successiva scoperta del neutrone quale costituente dei nuclei (Chadwik, 1932) si spiegarono le emissioni di particelle α da parte di nuclei radioattivi. Il dispositivo che consente di individuare la traiettoria di particelle di per sé invisibili è la camera a nebbia composta da un contenitore a forma di parallelepipedo con le pareti in vetro

all’interno del quale si introduceva del vapore che creava l’effetto di una nebbia.

Quando si poneva un elemento radioattivo (uranio, radio, polonio ecc.) al suo interno, si vedevano le scie provocate dai fasci delle radiazioni che attraversavano la camera.

Nel 1932 Anderson, utilizzando la camera a nebbia, osservò che le particelle presenti nei raggi cosmici curvavano la loro traiettoria in un campo elettromagnetico così come fanno gli elettroni, ma in direzione opposta. Egli confermò cioè l’esistenza di particelle di antimateria, con massa uguale a quella dell’elettrone, ma con carica opposta: i positroni e+ .
Anderson intuì che anche il protone doveva avere un gemello di carica opposta, ma la conferma sperimentale di tale ipotesi si ebbe solo nel 1935 ad opera di tre scienziati, Chamberlain, Owen e Fermi che ottennero gli antiprotoni in uno dei primi acceleratori di particelle.

Da allora sono state scoperte molte antiparticelle, al punto che oggi si ritiene che ad ogni particella ne corrisponda sempre un’altra della stessa massa, ma opposta per quanto riguarda alcune proprietà, quale ad esempio il segno della carica elettrica. A iniziare dagli anni ’40 ebbe grande importanza nello studio delle particelle subatomiche l’utilizzazione di macchine sempre più grandi e potenti: gli acceleratori. Essi accelerano, sparandole l’una contro l’altra, oppure contro dei materiali-bersaglio vari tipi di particelle ( protoni, neutroni, elettroni), sviluppando gigantesche quantità di energia.

I fasci di particelle accelerate penetrano nella materia, rivelando i suoi frammenti costitutivi.
L’energia concentrata ad un limite estremo è capace di materializzarsi istantaneamente in nuove particelle, spesso instabili, che non esistono in condizioni normali, ma che ci permettono con la loro effimera comparsa di interpretare sempre più a fondo la struttura della materia. Le particelle finora identificate sono più di 200 tra particelle e antiparticelle di cui si riportano le più significative.

Tipo di particella Simbolo Quark componenti Carica elettrica Antiparticella
Leptoni ElettroneNeutrino elettronicoMuoneNeutrino muonico

Tau

Neutrino tauonico

eeμν μ

τ

ν τ

  —-

-10-10

-1

0

e+νe+ν μ*

τ+

ν τ*

Androni Mesoni Mesone pi(pione)Mesone k(kaone)Mesone di Π+Π K+

 

D+

u d*d u*u s*

d s*

 

c d *

c u*

+1-1+1

-1

 

+1

0

ΠΠ+ K

K+

 

D

D+

Barioni Nucleoni Protoneneutrone p+ u u dd d u +10 pn°*
LambdaSigma 

 

 

Xi

 

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Author: Chimicamo

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