Tiziano Mazzini ha scritto:
> Questa sera studiando un libro di filosofia mi sono scontrato con una frase che
> dice: "L'intero universo fisico, secondo i principi della fisica nucleare, pu�
> essere ridotto quasi a zero, se pensiamo in termini di una circostanza reale
> che possa essere percepita, misurata e sperimentata. La materia e l'energia
> esistono nello spazio e nel tempo, ma la materia � composta di energia e
> l'energia sembra, nella migliore delle ipotesi, un movimento pi� che una
> sostanza.
Conosci queste immortali parole di David Hume?
"When we run over libraries, persuaded of these
principles, what havoc must we make? If we take in
our hand any volume of divinity or school
metaphysics, for instance, let us ask, Does it contain
any abstract reasoning concerning quantity or number?
No. Does it contain any experimental reasoning
concerning matter of fact and existence? No. Commit
it then to the flames, for it can contain nothing but
sophistry and illusion."
> Io ero rimasto che il contenuto dell'atomo erano i Protoni + i Neutroni
> (nucleo) e gli elettroni, ma nel dizionario ho trovato altri nomi di cose che
> non conosco e che anche tu citi nel tuo post: Neutrini, Quark, particelle
> subatomiche, Fermioni e altri componenti.
> Poi ho provato a chiarire energia (pensando fosse semplice) ma nel contesto
> dell'atomo e della frase citata sopra mi sono completamente perso.
>
> La mia domanda �: � possibile vedere un disegno di un atomo con tutti questi
> nomi nuovi, oppure un sito dove trovarlo, oppure una spiegazione (senza troppi
> paroloni).
> Volevo anche sapere il tuo parere sulla frase che ho trascritto sopra.
Il mio parere e' piu' o meno quello di Hume...
Spiegazioni, piu' o meno ben fatte, le trovi su quasi ogni libro di
divulgazione fisica. Purtroppo piu' o meno tutti mancano di qualcosa,
perche' pretendono l'impossibile: di far capire cose fuori delle
categorie del senso comune a chi non ha un'educazione scientifica
adeguata. Cosi' si ricorre spesso ad analogie del tutto fuorvianti.
Cerco di dirti qualcosa, quel poco che e' possibile in poche parole, e
soprattutto senza una quantita' di conoscenze di base che probabilmente
tu non hai...
Il punto dove eri rimasto e' ancora vero, nel senso che un atomo e'
fatto di un nucleo piu' elettroni, e il nucleo e' composto di protoni e
neutroni. Dopo la scoperta del neutrone (1931 o 32, non ricordo) si sono
andate scoprendo una quantita' di altre particelle "subatomiche", prima
nei raggi cosmici, poi prodotte con le macchine acceleratrici, ed e'
sorto il problema di inquadrarle in uno schema teorico e metterle in
relazione con quelle gia' note.
Intanto: fermioni (e bosoni) non sono particelle nuove, ma due classi
nelle quali rientrano tutte le particelle, vecchie e nuove. Per es.
quelle che tu conoscevi sono tutte fermioni. Non posso dilungarmi qui a
spiegare che cosa significano le due classi, in che cosa differiscono.
Un altro aspeto della fisica delle particelle e' che molte di queste
sono instabili, nel senso che non restano per sempre, ma prima a poi
"decadono" (stavo per scrivere "si decompongono", ma c'e' una
differenza, sottile ma importante). L'esempio piu' facile e' il
neutrone, che di solito dopo alcuni minuti da quando e' stato prodotto o
separato da un nucleo scompare, lasciando al suo posto un protone, un
elettrone ... e un neutrino.
La storia del neutrino e' gia' lunga di per se', perche' si tratta di un
oggetto ... inafferrabile: non ha carica, se ha massa ce l'ha
piccolissima (molto minore di quella di un elettrone) e interagisce
pochissimo con la materia, si' che e' difficilissimo rivelarlo.
(Parentesi linguistica: noto che oggigiorno molti fanno confusione fra
due verbi: "rivelare" e "rilevare". Bene: si dice "rivelare" una
particella, e gli strumenti per questo scopo si chiamano "rivelatori".)
Il problema e': se un neutrone si trasforma in p+e+nu, dobbiamo dire che
e' "composto" da un protone, un elettrone e un neutrino? No, e la
ragione e' che ci sono molti altri esempi che finiscono per contraddire
questo semplice modello. Un esempio e' il decadimento beta+ di alcuni
nuclei: questo comporta la trasformazione di un protone in neutrone +
positrone + antineutrino. Allora: e' il protone che contiene un
neutrone, o viceversa? Risposta: nessuna delle due.
I quark sono spuntati un po' dopo (anni '60) come ipotesi per spiegare
la costituzione di tutte le numerose particelle che si erano andate
scoprendo: l'idea e' che protone, neutrone, ma anche i molti mesoni
conosciuti, ecc. siano composti da tre quark (per protone e neutrone) e
da un quark e un anti-quark (per i mesoni). Mentre per protoni e
neutroni bastano 2 tipi di quark (due "sapori", si dice) per spiegare
tutte le altre particelle ce ne vogliono 6.
Questa ipotesi col tempo e' divenuta una teoria complessa, che ha avuto
indubbi successi, ed e' nota col nome di "modello standard". Secondo il
modello standard i costituenti fondamentali della materia sono appunto i
quark (e gli anti-quark) e i leptoni: elettrone, muone, tau e tre tipi
di neutrini ad essi associati.
(Questi sono tutti fermioni.)
Un bel po' di roba, come vedi, ma non e' finita, perche' bisogna anche
mettere in conto altri tipi di particelle, che sono i "mediatori" delle
interazioni. Questi sono bosoni, e sono: fotone, bosoni W e Z, gluoni.
Certamente ti ho confuso le idee, o meglio ti ho fatto girare la testa,
e non hai torto. Come vedi, la ricerca dei "mattoni fondamentali" ha
finito per diventare una faccenda assai complicata, tanto che e'
difficile esserne soddisfatti. Ma cosi' stanno le cose al momento (anzi:
non ti ho parlato di un sacco di cose, tra le quali il "bosone di
Higgs", che per ora non si trova ma sarebbe necessario per far tornare
un fatto importante: le diverse masse delle particelle).
L'altro tuo problema era l'energia: sara' per un'altra volta...
Ma prima voglio metterti sull'avviso riguardo un punto per me
essenziale: il significato dela parola "teoria". E' qui che torna in
ballo il buon vecchio Hume...
Quando i fisici parlano di "teoria", non intendono due chiacchiere messe
insieme piu' o meno abilmente con giochi di parole o elucubrazioni
mentali: intendono un preciso modello matematico, in cui gli oggetti
osservabili hanno un corrispettivo, e che deve essere capace di spiegare
le osservazioni gia' fatte e di prevedere quelle ancora da fare.
Ci sono esempi famosi di teorie in fisica: la gravitazione newtoniana,
che spiega il moto dei pianeti, prevede le comete periodiche, connette
la precessione degli equinosi con lo schiacciamento della Terra. Poi c'e
la teoria di Maxwell, che unifica tutti i fenomeni elettrici e magnetici
noti e prevede l'esistenza delle onde elettromagnetiche.
La domanda e': in che misura il modello standard e' una teoria in questo
senso?
La mia personale risposta e' che lo e' in parte. La struttura matematica
esiste, ma e' terribilmente complessa e non ben padroneggiata. La
spiegazione dei fatti noti c'e' in parte, ma non e' completa (per es.
nessuno sa spiegare peche' le particelle hanno proprio quelle masse). La
capacita' predittiva sembra abbastanza soddisfacente ma la relazione fra
teoria ed esperimenti diventa sempre piu' complessa e indiretta...
Forse siamo in una fase transitoria, alla quale seguira' una diversa
toeria che ora non immaginiamo (a parte quelli che credono nelle
stringhe...)?
Oppure dobbiamo rassegnarci a una situazione cosi' complicata, che
avrebbe fatto accapponare la pelle ai vecchi che ho nominato, per non
parlare di Einstein?
Ai posteri l'ardua sentenza...
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Elio Fabri
Dip. di Fisica "Enrico Fermi" - Univ. di Pisa
Sez. Astronomia e Astrofisica
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Received on Mon Sep 17 2001 - 11:14:01 CEST