Particelle atomiche e subatomiche

di Andrea Canini

L’atomo è caratterizzato da un nucleo centrale molto denso costituito da tre tipi di particelle: i neutroni (privi di carica elettrica), i protoni (di carica elettrica positiva) e gli elettroni (di carica negativa) che girano attorno al nucleo ad alta velocità formando come dei gusci. 

I protoni e neutroni hanno massa quasi uguale, gli elettroni sono 1836 volte più piccoli di un protone e 1837 volte più piccoli di un neutrone. 

L’elettrone è una particella elementare, cioè non è costituito da altre particelle. 

Protoni e Neutroni sono invece costituiti da altre particelle. Sia i Protoni che i Neutroni sono costituiti da tre quark. Il quark è una particella che non è mai stata osservata da sola, ma solo in combinazione di due o più quark. 

Considerando che la carica elettrica del protone è +1 e quella dell’elettrone è -1, si nota che i quark hanno carica elettrica frazionaria che può essere o +2/3  o -1/3. 

Esistono sei tipi di quark che, oltre che per la carica elettrica, si differenziano anche per la massa. 

Il protone è costituito da due quark Up e un Quark Down, mentre il Neutrone è costituito da un quark Up e due Quark Down. Per quanto riguarda la carica elettrica, vediamo che:

• per il protone: 2/3 + 2/3 - 1/3 =  +1;
• per il neutrone: 2/3 - 1/3 - 1/3 =  0;
  
  
  
  
  

I quark sono tenuti insieme nel protone o nel neutrone dalla cosiddetta “interazione forte” che è una delle quattro forze fondamentali che esistono in natura (le altre sono elettromagnetismo, l’interazione debole e la gravità). L’interazione forte è la stessa forza che permette di tenere insieme i protoni nel nucleo dell’atomo, in quanto è più forte dell’elettromagnetismo per la quale i protoni, tutti di uguale carica elettrica positiva, si dovrebbero respingere. 

All’interno del protone e del neutrone, l’interazione forte è trasmessa attraverso i gluoni che sono particelle elementari di massa praticamente nulla e privi di carica elettrica. I gluoni sono dunque i “mediatori” dell’interazione forte. 

I mediatori dell’interazione elettromagnetica sono invece i fotoni, mentre quelli dell’interazione debole sono i bosoni W e Z. 

Per quanto riguarda l'interazione gravitazionale, il suo mediatore, chiamato gravitone, seppur previsto teoricamente, non è stato ancora osservato. 

Una proprietà delle particelle subatomiche è quella denominata “dualismo Onda – Particella”. La questione è molto semplice: in alcuni esperimenti le particelle elementari si comportato come particelle materiali, ma in altri esperimenti si comportano come onde, cioè hanno una natura che, all’osservatore, si presenta talvolta come corpuscolare e talvolta come ondulatoria. Il fatto è che noi descriviamo tramite modelli Fisico-Matematici “oggetti” che in realtà sono per noi inconoscibili, ma che, a differenza della rappresentazione illusoria della realtà che ci dà il nostro cervello, rappresentano la vera realtà. Il fenomeno è mirabilmente sintetizzato dall’equazione di De Broglie: ad ogni particella di massa m, che si muova alla velocità v, è associata una lunghezza d’onda L.

di A. Canini