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Fisica delle Particelle: un po’ di terminologia di Walter Caputo 01-09-2008

Le particelle-base che, con le antiparticelle (fatte di antimateria), costituiscono l’Universo si suddividono in:
- leptoni = particelle che possono muoversi in solitudine;
- quark = particelle che si trovano sempre in gruppo;
- bosoni = particelle che trasportano le forze.

Che l’Universo sia composto da particelle è un concetto che deriva dai Greci: essi furono i primi ad immaginare l’intero Universo come unione di minuscole sferette indivisibili, che vennero denominate atomi (il cui significato in greco è proprio “indivisibili”).

Sono state scoperte circa 300 particelle, ma quasi tutte derivano dall’aggregazione di particelle, che – per questo motivo – vengono definite fondamentali (leptoni, quark e bosoni).
Inoltre, quasi tutte le particelle hanno una vita brevissima, della durata di qualche frazione di milionesimo di secondo. Possono essere “pensate” come punti geometrici dotate di massa, carica elettrica e …. colore. Tra le particelle agiscono alcune forze, trasportate da specifiche particelle (bosoni).
Lo studio dei “mattoni” che costituiscono la materia serve per ottenere indizi su come si sia formato l’Universo.

I leptoni e i quark si suddividono in particelle:
- di prima generazione;
- di seconda generazione;
- di terza generazione.

La particelle di prima generazione sono state le prime ad essere scoperte. Tutta la materia che conosciamo, cioè quella esistente sulla Terra, è costituita soltanto da particelle di prima generazione. Le altre due generazioni di particelle, scoperte successivamente, rappresentano solo il “decadimento” (ossia la trasformazione in tempi brevissimi) delle particelle di prima generazione. In sostanza, le particelle di prima generazione – una volta nate – invece di morire si trasformano (in una catena di mutazioni) in particelle di seconda e terza generazione. Quasi tutte la particelle di seconda e terza generazione sono esistite solo nei primi istanti dopo il Big Bang. Ora si trovano nei raggi cosmici, oppure vengono create negli acceleratori. L’insieme di tutte e tre le generazioni di particelle forma tutta la materia dell’Universo.

I leptoni di prima generazione si suddividono in:
- elettrone => responsabile dell’elettricità e delle reazioni chimiche. Ha carica elettrica -1;
- neutrino elettronico => ha carica elettrica nulla e massa di poco superiore a zero. Interagisce molto poco con la materia.

I leptoni di seconda generazione si dividono in:
- muone => simile all’elettrone ma con massa maggiore;
- neutrino muonico => viene creato insieme al muone, nel decadimento di alcune particelle.

I leptoni di terza generazione si dividono in:
- tau => simile all’elettrone e al muone, ma con massa ancora più grande;
- neutrino tauonico => è la terza tipologia di neutrino. È possibile che i tre neutrini si possano trasformare uno nell’altro.

I quark si dividono in:
- prima generazione: UP (carica elettrica +2/3) e DOWN (carica elettrica –1/3);
- seconda generazione: CHARM (carica elettrica +2/3, massa 300 volte quella del quark up) e STRANGE (carica elettrica –1/3, massa 20 volte quella del quark down);
- terza generazione: TOP (massa 34.000 volte quella del quark up) e BOTTOM (massa 500 volte quella del qurk down).

I bosoni si dividono in:
- fotoni => sono le particelle che portano la luce e tutte le onde elettromagnetiche;
- gluoni => particelle che portano la forza forte, quella che tiene uniti i quark;
- bosoni vettori intermedi => portano la forza debole;
- gravitoni => non ancora scoperti, dovrebbero portare la forza di gravità.

I corpuscoli della materia si influenzano a distanza attraverso “particelle invisibili” che trasportano le forze. Ciò che generalmente si chiama “interazione” altro non è che l’effetto di particelle portatrici di forze, per questo definite “vettori”.
Esistono quattro forze:
- gravità;
- elettromagnetismo;
- forza debole;
- forza forte.

La forza gravitazionale, che è la più nota per i suoi effetti quotidiani, non è stata però inclusa nel modello standard, perché la sua azione è estremamente piccola a livello di particelle elementari. Inoltre non è ancora stata scoperta una particella portatrice della forza gravitazionale, anche se molti fisici sono così certi della sua esistenza che l’hanno preventivamente battezzata “gravitone”.