L’ATOMO DIVISIBILEL’ATOMO DIVISIBILE

Dr. Stefano GestriDr. Stefano GestriL.S. “Niccolò L.S. “Niccolò Copernico”Copernico”Prato, 06-03-2014Prato, 06-03-2014

SOMMARIOSOMMARIO

PremessaPremessaClassificazioni generaliClassificazioni generaliZoo delle particelleZoo delle particelleForze elementariForze elementariQuadro d’insiemeQuadro d’insiemeAny question?Any question?Decadimenti radioattiviDecadimenti radioattiviFusione nucleareFusione nucleareConsiderazioni finaliConsiderazioni finaliBibliografia e altroBibliografia e altro

UN PO’ DI STORIA…UN PO’ DI STORIA… Dal 1897 scoperta delle prime particelle subatomiche (elettrone, protone, Dal 1897 scoperta delle prime particelle subatomiche (elettrone, protone,

neutrone…)neutrone…) 1945-1960: scoperta di decine di particelle elementari (oggi oltre 300 - 1945-1960: scoperta di decine di particelle elementari (oggi oltre 300 -

zoo delle particelle, con lettere greche), vive per decimiliardesimi di zoo delle particelle, con lettere greche), vive per decimiliardesimi di secondosecondo

Negli anni ‘60-’70 a Stanford (CA, USA) dimostrazioni di quark nello Negli anni ‘60-’70 a Stanford (CA, USA) dimostrazioni di quark nello SLAC (acceleratore lineare di elettroni, 2 km, 82650 cavità acceleratrici)SLAC (acceleratore lineare di elettroni, 2 km, 82650 cavità acceleratrici)

CLASSIFICAZIONI DI BASECLASSIFICAZIONI DI BASE Riordino da parte di Murray Riordino da parte di Murray

Gell Mann (fisico americano Gell Mann (fisico americano Nobel nel 1969), che Nobel nel 1969), che introduce il termine quark introduce il termine quark (da “Finnegans’ wake” di J. (da “Finnegans’ wake” di J. Joyce)Joyce)

Materia e antimateria (con Materia e antimateria (con carica opposta)carica opposta)

Fermioni (statistica di Fermi-Fermioni (statistica di Fermi-Dirac: non 2 particelle nello Dirac: non 2 particelle nello stesso stato quantico) e stesso stato quantico) e bosoni (statistica di Bose-bosoni (statistica di Bose-Einstein)Einstein)

PARTICELLE ELEMENTARI (I)PARTICELLE ELEMENTARI (I)

Adroni (forte) e 6 leptoni Adroni (forte) e 6 leptoni (svelto; es. elettrone)(svelto; es. elettrone)

Leptoni: tauone e muone Leptoni: tauone e muone decadono in elettronidecadono in elettroni

Particelle esotiche...Particelle esotiche...

PARTICELLE ELEMENTARI (II)PARTICELLE ELEMENTARI (II) Adroni: barioni (pesante; es. Adroni: barioni (pesante; es.

protone; 3 quark; fuori dal protone; 3 quark; fuori dal nucleo i neutroni vivono 15 nucleo i neutroni vivono 15 min) e mesoni (quark + min) e mesoni (quark + antiquark = bianco)antiquark = bianco)

6 quark con sapori diversi, 6 quark con sapori diversi, carica +2/3 o -1/3 e colore carica +2/3 o -1/3 e colore rosso, verde o blu (totale rosso, verde o blu (totale bianco)bianco)

FORZE IN NATURA E FORZE IN NATURA E RELATIVI VETTORI (I)RELATIVI VETTORI (I) Forze extra-forti (di colore o Forze extra-forti (di colore o

colorate): tengono insieme i quark colorate): tengono insieme i quark tramite scambio di gluoni (senza tramite scambio di gluoni (senza massa, dall’inglese massa, dall’inglese glueglue = colla); = colla); hanno come residuo le forze fortihanno come residuo le forze forti

Forze forti: tengono insieme i Forze forti: tengono insieme i nucleoni (a distanze di 10nucleoni (a distanze di 10-14-14 m) m) tramite scambio di mesoni tramite scambio di mesoni ππ o o pionipioni

Forze elettromagnetiche: Forze elettromagnetiche: veicolate dai fotoni (senza veicolate dai fotoni (senza massa), tengono uniti elettroni e massa), tengono uniti elettroni e nucleo; 100 volte più deboli delle nucleo; 100 volte più deboli delle forti, hanno come residuo le forze forti, hanno come residuo le forze di Van der Waalsdi Van der Waals

FORZE IN NATURA E FORZE IN NATURA E RELATIVI VETTORI (II)RELATIVI VETTORI (II) Forze deboli: veicolate dai bosoni Forze deboli: veicolate dai bosoni

(particelle con massa che (particelle con massa che cambiano sapore ai quark) Wcambiano sapore ai quark) W++, W, W-- e Ze Z00 (neutri), agiscono fra adroni e (neutri), agiscono fra adroni e leptoni e spiegano la radioattività leptoni e spiegano la radioattività ββ; sono un milione di volte più ; sono un milione di volte più deboli delle forze fortideboli delle forze forti

Forze gravitazionali: agiscono fra Forze gravitazionali: agiscono fra masse, veicolate dai gravitoni masse, veicolate dai gravitoni (non ancora rivelati)(non ancora rivelati)

Teoria delle forze elettron-deboliTeoria delle forze elettron-deboli

Modello standardModello standard

Teoria delle stringheTeoria delle stringhe

QUINDI...QUINDI...

……TO BE CONTINUEDTO BE CONTINUED

DECADIMENTI RADIOATTIVI DECADIMENTI RADIOATTIVI (I)(I) Radioattività scoperta alla fine Radioattività scoperta alla fine

dell’800 (H. Becquerel, M. dell’800 (H. Becquerel, M. Curie…)Curie…)

NuclidiNuclidi Isotopi (stesso numero atomico, Isotopi (stesso numero atomico,

ma diverso numero di massa)ma diverso numero di massa) Energia di legame media per Energia di legame media per

nucleone (in eV)nucleone (in eV) Difetto di massaDifetto di massa Decadimenti radioattivi spontanei Decadimenti radioattivi spontanei

(naturali) e indotti (fissione (naturali) e indotti (fissione nucleare)nucleare)

DECADIMENTI RADIOATTIVI DECADIMENTI RADIOATTIVI (II)(II)

Raggi Raggi αα, , ββ, e , e γγ Decadimenti radioattivi naturali: Decadimenti radioattivi naturali: αα, ,

ββ--, , ββ++, doppio , doppio ββ (due ravvicinati nel (due ravvicinati nel tempo), cattura elettronica o ktempo), cattura elettronica o k

Positrone; annichilazione o Positrone; annichilazione o annichilamentoannichilamento

Cinetiche del primo ordineCinetiche del primo ordine Tempi di dimezzamento o di Tempi di dimezzamento o di

semivitasemivita Famiglie radioattive naturaliFamiglie radioattive naturali

DECADIMENTI RADIOATTIVI DECADIMENTI RADIOATTIVI (III)(III)

Produzione di elementi Produzione di elementi transuranicitransuranici

Fissione nucleare indotta: reattore Fissione nucleare indotta: reattore nucleare; nocciolo; combustibile nucleare; nocciolo; combustibile fissile; neutroni lenti; massa critica; fissile; neutroni lenti; massa critica; barre di controllo; moderatori; barre di controllo; moderatori; sistema di raffreddamento; scorie sistema di raffreddamento; scorie radiattive; reattori autofertilizzanti; radiattive; reattori autofertilizzanti; fusione del nocciolo; sindrome fusione del nocciolo; sindrome cinese; fall-out radiattivocinese; fall-out radiattivo

Bomba atomicaBomba atomica

FUSIONE NUCLEAREFUSIONE NUCLEARE Fusione nucleare (10 volte più Fusione nucleare (10 volte più

energetica della fissione)energetica della fissione) Sistemi di confinamento: magnetici Sistemi di confinamento: magnetici

(es. Tokamak) e inerziali(es. Tokamak) e inerziali Bomba a idrogeno: innesco con Bomba a idrogeno: innesco con

bomba atomicabomba atomica Fusione nucleare a freddo: in Fusione nucleare a freddo: in

elettrolisi di acqua pesante con elettrolisi di acqua pesante con elettrodi di palladioelettrodi di palladio

Sintesi di elementi sulle stelle Sintesi di elementi sulle stelle (catena protone-protone, ciclo (catena protone-protone, ciclo CNO o di Bethe, processo CNO o di Bethe, processo αα, , processo S ecc.)processo S ecc.)

QUALE FUTURO?QUALE FUTURO? GTU: Grande Teoria UnificataGTU: Grande Teoria Unificata Cosmogonia (big bang...)Cosmogonia (big bang...) Energie rinnovabili (solare, dal Energie rinnovabili (solare, dal

mare, idroelettrica, geotermica, mare, idroelettrica, geotermica, dalle biomasse, eolica)dalle biomasse, eolica)

Fusione nucleare: in linea di Fusione nucleare: in linea di massima senza scorie radioattivemassima senza scorie radioattive

““La meccanica quantistica è molto impressionante. Ma una voce La meccanica quantistica è molto impressionante. Ma una voce interiore mi dice che non è ancora la verità. [...] In ogni caso sono interiore mi dice che non è ancora la verità. [...] In ogni caso sono

convinto che Egli (Dio) non giochi a dadi.”convinto che Egli (Dio) non giochi a dadi.” (A. Einstein)

BIBLIOGRAFIA VARIABIBLIOGRAFIA VARIA C. Bianciardi, E. Dilaghi C. Bianciardi, E. Dilaghi

Pistellini - Quark, atomi ed Pistellini - Quark, atomi ed elementi chimici - Giunti elementi chimici - Giunti MarzoccoMarzocco

AA. VV. - Enciclopedia della AA. VV. - Enciclopedia della chimica - USESchimica - USES

I. Bertini, F. Mani - Lezioni di I. Bertini, F. Mani - Lezioni di chimica - Cedamchimica - Cedam

A. Post Baracchi, A. A. Post Baracchi, A. Tagliabue - Chimica - LattesTagliabue - Chimica - Lattes

G. Valitutti, A. Gentile, V. G. Valitutti, A. Gentile, V. Gerosa, A. Tifi - Fondamenti Gerosa, A. Tifi - Fondamenti di chimica - Massondi chimica - Masson

S. Hawking - Dal big bang ai S. Hawking - Dal big bang ai buchi neri - Superpocketbuchi neri - Superpocket

J. A. Coleman - Origine e J. A. Coleman - Origine e divenire del cosmo - divenire del cosmo - FeltrinelliFeltrinelli

A. Di Meo - Storia della A. Di Meo - Storia della chimica - Newton Comptonchimica - Newton Compton

A. Einstein - Come io vedo il A. Einstein - Come io vedo il mondo - Newton Comptonmondo - Newton Compton

M. Alpert - L’ultima equazione - M. Alpert - L’ultima equazione - SuperpocketSuperpocket

K. Bruckner - Il grande sole di K. Bruckner - Il grande sole di Hiroshima - GiuntiHiroshima - Giunti

MINISITOGRAFIAMINISITOGRAFIA www.pubmed.org www.lescienze.it www.scopus.com