Re: Forza di interazione debole

From: Paolo Russo <paolrus_at_libero.it>
Date: Tue, 09 Jul 2002 22:09:07 GMT

[cart:]
>qualcuno sa dirmi cosa � la forza di interazione debole e la forza di
>interazione forte?

Oh, ecco una domanda che non ha ottenuto risposta,
mi sembra. Se sei ancora in ascolto...
Una volta entrambe quelle forze venivano chiamate
nucleari (nucleare debole e nucleare forte), poi il
termine "nucleare" e' caduto in disuso.

L'interazione forte e` tipica dei quark. Tiene assieme
i quark, che cosi' legati costituiscono le particelle
chiamate adroni. A differenza dell'elettromagnetismo,
dove ci sono due polarita` (carica positiva o negativa),
l'interazione forte ne ha sei, che sono
convenzionalmente chiamate rosso, verde, blu,
antirosso, antiverde e antiblu. Sono chiamate in questo
modo perche' rosso+verde+blu da' il bianco, che e`
un colore cromaticamente neutro, ed in effetti perche'
una particella sia neutra dal punto di vista
dell'interazione forte occorre che le cariche di rosso,
verde e blu siano presenti in parti uguali. Cio` porta a
due soli tipi di aggregati stabili di quark: quelli
costituiti da tre quark (uno rosso, uno verde e uno blu,
oppure da tre antiquark (uno antirosso, uno antiverde
e uno antiblu), che vengono chiamati barioni (protone
e neutrone sono barioni), e quelli costituiti da un quark
e un antiquark di colori opposti (ad esempio verde e
antiverde), che vengono chiamati mesoni.
Ad ogni interazione e` associata una o piu' particelle
mediatrici. Nel caso dell'elettromagnetismo si tratta
del fotone. Nel caso dell'interazione forte i mediatori
sono otto e si chiamano gluoni. Al contrario del fotone
che e` elettricamente neutro, e quindi in un certo senso
non interagisce molto tramite la forza di cui e' mediatore,
i gluoni hanno una carica di colore, anzi hanno
simultaneamente un colore e un anticolore. Ad esempio
esiste il gluone rosso-antiverde. Facendo tutte le
combinazioni possibili saltano fuori nove gluoni.
Tuttavia, il rosso-antirosso, il verde-antiverde e il
blu-antiblu non sono proprio indipendenti tra loro; sono
come tre vettori che puntano in tre direzioni diverse
giacenti nello stesso piano: con una combinazione
lineare di due di loro ottieni il terzo. Per questa ragione
i gluoni sono otto anziche' nove (occhio: argomento
che conosco per sentito dire, spero di non stare
sparando bestialita`).
Il fatto che i gluoni siano colorati rende molto
complesso il comportamento dell'interazione forte. Mi
pare, se non vado errato, che la sua forza aumenti con
la distanza; per questa ragione separare tra loro i quark
e' impossibile, se si fornisce abbastanza energia
anziche' rompere il legame si formano altri quark. Facendo
un paragone e` come se uno volesse separare tra loro
i due poli di un magnete tirando le estremita`; se si fa
abbastanza forza il magnete si rompe, ma cosi' facendo
non si fa altro che creare altri poli nel punto di rottura.
Gli adroni, anche se globalmente neutri dal punto di
vista della carica di colore, possono ugualmente interagire
tra loro tramite questa forza in modo piu' indiretto, anche
se piu' debolmente. In particolare, protoni e neutroni si
attirano tra di loro usando come particelle di scambio
i pioni, che sono mesoni. Questo fatto tiene assieme
protoni e neutroni nei nuclei atomici.
Questa manifestazione indiretta dell'interazione forte
ha un raggio d'azione estremamente limitato,
confrontabile (non a caso) con il diametro di un
nucleo atomico.
L'interazione forte e` quindi quella la cui energia viene
sfruttata nelle reazioni nucleari, sia di fissione che di
fusione.

L'interazione debole e` responsabile di certe
trasformazioni di particelle in altre. Per esempio un
quark si trasforma in uno di altro tipo. Il risultato e` che
magari un neutrone si trasforma in un protone, con
emissione di un elettrone e un antineutrino. In effetti
il neutrone non e` proprio del tutto stabile, nel vuoto
vive mediamente un quarto d'ora o giu' di li', ma
all'interno di un nucleo tipicamente si stabilizza. Il
protone sembra stabile, ma potrebbe anche essere
solo incredibilmente longevo.
L'interazione debole e` mediata dalle particelle W+,
W- e Z0 (zeta-zero). "Mediata" significa che, per
esempio, quando un neutrone decade in un protone
emette una particella W-, che immediatamente dopo
si trasforma in un elettrone e un antineutrino. Qui
dovrei fare un discorso sulle particelle virtuali ma
credo che mi ficcherei in un ginepraio (non posso
certo dire di conoscere bene l'argomento) e quindi
lascio perdere. Mi limito a dire che la massa elevata
delle particelle W+, W- e Z0 fa si' che, quando sono
emesse come particelle virtuali, non possano fare
molta strada, quindi l'interazione debole ha un raggio
d'azione limitatissimo, ancora piu' ristretto di quello
dell'interazione forte (perche' i pioni sono meno massivi).
L'interazione debole e` responsabile dell'instabilita`
(e quindi radioattivita` beta) di certi nuclidi come il
carbonio-14 e il cobalto-60 e soprattutto della
trasformazione dei protoni in neutroni all'interno del Sole;
senza questa reazione, che avviene con modalita`
piuttosto complicate, non potrebbero formarsi nuclei
di elio e quindi la reazione di fusione nucleare non
potrebbe avvenire.

Ciao
Paolo Russo
Received on Wed Jul 10 2002 - 00:09:07 CEST