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Titolo del lavoro

LE QUATTRO FORZE FONDAMENTALI:

La forza di attrazione gravitazionale e la forza elettromagnetica

La forza nucleare forte

La forza nucleare debole

Scuola di appartenenza: IPSSAR - PORTO SANT ELPIDIO

Classe 1B Alberghiero: La forza di attrazione gravitazionale e

la forza elettromagnetica

ALUNNI: GERALDO e MARIACHIARA Classe 1A Alberghiero: La forza nucleare forte

ALUNNI: MONICA, PAOLA, MARTINA, AHMED Classe 1C Alberghiero: La forza nucleare debole. ALUNNI: da sinistra a destra

MATTEO, ALICE e DEBORA.

Docente: Pierluigi Stroppa, tutor ISS presidio di Fermo

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PREMESSA: la valorizzazione delle eccellenze

Questo lavoro stato realizzato insieme ad alcuni alunni delle classi prime dellistituto

professionale alberghiero. Sono stati scelti, secondo il principio della valorizzazione delle

eccellenze, alunni affidabili e volenterosi, chiedendo loro dei sacrifici che, in queste due

ultime settimane, sono stati notevoli. un ringraziamento particolare va alle loro famiglie!

Ad ogni gruppo stato assegnato lo studio di una o pi forze fondamentali; infatti gli

alunni del 1B alberghiero hanno esaminato le forze di attrazione gravitazionale e quella

elettromagnetica, quelli della classe 1A alberghiero hanno studiato la forza nucleare forte e

quelli della 1C la forza nucleare debole. Date le numerose interazioni tra le forze stesse,

stato necessario lavorare insieme.

AMBIENTI E TEMPI DI LAVORO

I luoghi in cui si eseguito il lavoro sono stati laula insegnanti e il laboratorio di scienze. La

prima perch in essa ci sono quattro postazioni con computer ed internet, ottima quindi per le

ricerche in rete di informazioni inerenti lLHC e le 4 forze fondamentali; il secondo per

lesecuzione di esperimenti e la costruzione di modelli (riportati nelle fotografie).

Per quello che concerne i tempi, gli incontri si sono intensificati nelle ultime due settimane,

costringendo il sottoscritto (con entusiasmo!) a rientrare tre o quattro pomeriggi di seguito per

lavorare con gli alunni.

MODALIT DI LAVORO

Dopo una iniziale raccolta di dati si cominciato a distribuire delle dispense agli alunni, anche

in lingua inglese, per stimolarli ad affrontare la tematica in studio. I ragazzi hanno ben

risposto agli stimoli eseguendo in tempi rapidi la traduzione dallinglese allitaliano di un

articolo in inglese, probabilmente aiutandosi con strumenti informatici (W la rete!).

Per non perdere il filo del discorso, durante le lezioni curriculari stato necessario accennare

alle forze fondamentali e ai loro effetti sul mondo che ci circonda.

Le ultime tre settimane sono state di fuoco: gli alunni hanno partecipato a molti incontri

pomeridiani a scuola per preparare il lavoro in oggetto e le presentazioni in microsoft power

point. importante sottolineare che nessuno si lamentato!

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COSA CENTRANO GLI ESPERIMENTI DELLLHC COL PROGRAMMA SVOLTO?

Non stato difficile trovare degli agganci dellargomento da trattare col programma svolto:

avevamo gi studiato la forza di attrazione gravitazionale di Newton nella geografia

astronomica (dopo le Leggi di Keplero);

la forza elettromagnetica lavevamo trattata per spiegare il campo magnetico terrestre

(ipotesi B della genesi del Campo Magnetico Terrestre: correnti elettriche ferrifere nel

nucleo esterno generano le linee di forza del campo magnetico terrestre.).

Approfondirla servito per spiegare la struttura dellatomo e le propriet magnetiche di

alcuni minerali;

Senza nemmeno saperlo avevamo gi trattato la forza nucleare debole parlando della

fusione termonucleare nel Sole (i protoni che si trasformano in neutroni) e della

radioattivit;

Rimaneva da spiegare la forza nucleare forte, un problema che si rivelato semplice

da risolvere, visto che ora molti alunni chiedono di poter iniziare le verifiche orali

proprio disegnando alla lavagna linterno dei protoni e dei neutroni calcolandone anche

la carica!

Inoltre per i ragazzi non stato difficile comprendere che nellLHC stata raggiunta la

temperatura pi bassa delluniverso, visto che conoscono quella del rumore di fondo

(presentato in precedenza come una delle prove della teoria del Big Bang).

Infine la conoscenza dei neutrini (se hanno massa e quanto ne hanno) potrebbe

spiegare, data la loro abbondante quantit nelluniverso, una parte della materia

oscura. Di questultima si parlato a conclusione della discussione sulla geometria e

sul destino delluniverso: se la densit di esso supera un certo valore critico, la forza di

attrazione gravitazionale avr la meglio sullespansione delluniverso riportando

indietro le galassie in un unico punto, causando il big crunch e forse un altro big bang

(universo oscillante = universo chiuso)

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OBIETTIVI DELLESPERIMENTO LHC

a) Diffondere linteresse per la scienza (che anche il nostro interesse)

b) Far conoscere le 4 forze fondamentali;

c) Far saper distinguere tra loro le diverse forze fondamentali;

d) Far conoscere la fisica delle particelle elementari;

e) Far conoscere alla popolazione mondiale a che serve lacceleratore di Ginevra;

f) Catturare nei rilevatori ATLAS e Cms una singola particella elusiva (bosone di

Higgs), la cui esistenza, se venisse dimostrata riempirebbe un vuoto gigantesco

nella nostra conoscenza dell Universo;

g) Verificare la validit del Modello Standard;

h) Scoprire l origine della massa dei barioni (cio dei protoni e dei neutroni);

i) Scoprire le particelle che costituiscono la materia oscura;

j) Scoprire evidenze sullenergia oscura;

k) creare nuove particelle;

l) Scoprire se esistono altre dimensioni;

m) Conoscere con maggiori dettagli oggetti gi noti (per esempio i protoni e i

quark);

n) Cercare di ottenere nel rilevatore ALICE il Quark Gluon Plasma (QCG), uno

stato della materia esistito subito dopo il big bang;

o) Studiare, tramite lLhc-b, come si sia creata lasimmetria tra materia e

antimateria.

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FUNZIONAMENTO DELLLHC

Il Large Hadron Collider (LHC) un acceleratore di particelle situato presso il CERN

di Ginevra. il pi grande e potente finora realizzato. posto a 100 m di profondit

sotto il confine franco-svizzero.

L acceleratore costituito da due anelli intrecciati ed installato allinterno dello

stesso tunnel circolare lungo 27 km gi utilizzato per il Lep (Large Electron Positron

collider), il precedente collisore CERN, che ha smesso di funzionare nel novembre del

2000.

Diversamente da quanto accadeva nel Lep, in cui venivano accelerati e fatti

scontrare elettroni e antielettroni, le reazioni osservate in LHC saranno il frutto di urti

tra particelle molto pi pesanti, gli adroni (particelle composte da quark come i protoni

e i neutroni), accelerati a velocit vicine alla velocit della luce.

Insieme allacceleratore entreranno in funzione i quattro rivelatori di particelle degli

esperimenti Atlas, Cms, Alice e Lhc-b, destinati allo studio delle reazioni che si

produrranno lungo lanello.

Ubicazione dellLHC. Tratta da asimmetrie INFN.

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Con un magnete possiamo creare un campo magnetico pi intenso di quello terrestre.

COSA C NEL CERN

ACCELERATORI: potenti macchine che accelerano le particelle ad energie

estremamente elevate e le portano in collisione con altre particelle;

RIVELATORI: strumenti giganteschi per registrare le particelle prodotte mentre escono

dal punto di collisione; i rivelatori sostituiscono locchio umano, per vedere particelle

e radiazioni di alta energia. Sono anche loro sistemi grandi e complessi, dotati di elettronica ottica e meccanica di precisione e di migliaia di computer. I rivelatori sono:

ATLAS (A Toroidal LCH Apparatus), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb, ALICE (A

Large Ion Collider Experiment).

LHCb stato progettato per studiare la fisica dei mesoni B, mentre ALICE

ottimizzato per lo studio delle collisioni tra ioni pesanti; ATLAS e Cms per catturare

una singola particella elusiva (bosone di Higgs).

COMPUTERS: per raccogliere, immagazzinare, distribuire ed analizzare la grande

quantit di dati prodotti dai rivelatori;

GENTE: solo una collaborazione mondiale di migliaia di scienziati, ingegneri, tecnici e

staff di supporto pu progettare, costruire e mettere in funzione queste complicate

macchine.

ALTRI GRANDI NUMERI

LLHC costituito da 9.300 magneti superconduttori,

raffreddati a -271.3 C (Ansaldo di Genova). Di questi 1.232

sono magneti di dipolo e hanno il compito di curvare il

fascio lungo lanello, mentre oltre 400 magneti di

quadrupolo mantengono il fascio ben localizzato. I dipoli

seguono levoluzione del fascio generando campi magnetici

che, per curvare la traiettoria di particelle sempre pi veloci,

devono essere sempre pi elevati..al momento delle

collisioni, quando i protoni hanno ormai velocit

relativistiche (cio prossime a quelle della luce), il campo

magnetico dei dipoli supera gli 8 tesla ed quindi circa 200

mila volte pi intenso del campo magnetico terrestre! Per

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Creazione di quark dalla collisione di un protone con un antiprotone. Foto CERN da a brief history of time di Stephen Hawking

ottenere simili prestazioni i magneti superconduttori lavorano a temperature

bassissime: 1,9 Kelvin (circa -271C): i dipoli e i quadrupoli sono gli oggetti pi freddi

delluniverso!

La pressione allinterno del tubo dellacceleratore di 10-13 atm (1 decimo che

sulla luna).

Ogni esperimento di LHC riempir di dati lequivalente di 100 milioni di DVD ogni

anno.

Il Costo di 6 miliardi di euro (pagato in circa 10 anni dagli stati membri del CERN

su budget normale, senza richiesta di sovvenzioni speciali).

COSA ACCADE NELLLHC? SI SPARANO PROIETTILI DI PROTONI

La sfida di LHC vedere per la prima volta, grazie allenorme energia con cui fa

scontrare fra loro gruppi di protoni, il bosone di Higgs, la particella in grado di spiegare

come mai esiste la massa.

I protoni raggiungono velocit altissime: il 99.9997828% della velocit della luce!

I fasci di protoni si incrociano 40 milioni di volte al secondo.

A ogni incrocio, avvengono in media 20 collisioni protone-protone per un totale

di 800 milioni di collisioni per secondo.

Ci si aspetta di vedere il bosone di Higgs una volta ogni 10.000.000.000.000 di

collisioni,quindi non pi di una volta al giorno.

Si misurano le energie, le direzioni e le identit di questi prodotti il pi

precisamente possibile, grazie ai rilevatori.

Le collisioni dovrebbero essere testa

a testa fra coppie di particelle in

movimento: in questo modo pi energia si

pu trasformare in massa (dalla formula E

= mc2).

Curiosit: per la sua capacit di indagare

nel mondo subnucleare lLHC anche

considerato un super-microscopio.

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CRONISTORIA DEGLI ESPERIMENTI ALLLHC

L entrata in funzione del complesso avvenuta il 10 settembre 2008. Il 19 settembre

2008 le operazioni furono fermate a causa di una seria rottura tra due bande

magnetiche. LLHC ha ripreso la sua attivit il 21 novembre 2009.

Il 21 novembre 2009 l LHC stato riacceso a unenergia di 2,36 TeV per fascio e nel

30 dicembre 2009 si raggiunsero i livelli di energia pi elevati (nuovo record

mondiale).

PREVISIONI FUTURE

Lenorme energia che si svilupper nella collisione lascia prevedere la formazione di

moltissime particelle, dalle quali sar possibile studiare le caratteristiche e i

meccanismi di interazione: alcuni di esse sono gi note, mentre altre non sono mai

state osservate direttamente. Si prevede che in LHC sar sviluppata unenergia di

collisione di 14 teraelettronvolt, 10.000 miliardi di volte superiore allenergia dei fotoni

emessi da una comune lampadina!

COME OTTENERE Il QGP (Quark Gluon Plasma)

Per ottenere il QGP si dovranno scegliere come proiettili degli ioni (nuclei privi di

elettroni) pesanti, cio contenenti molti protoni e neutroni (e dunque molti quark e

gluoni). Ad esempio il Piombo che ha 82 protoni e 126 neutroni.

Gli ioni vengono accelerati a velocit relativistiche e poi fatti collidere. Si pu cos

creare una zona calda e densa nella quale vengono riprodotti i valori di

temperatura necessari per formare il QGP.

In ALICE si studieranno le collisioni tra due fasci di ioni di Piombo, accelerati dal

collider LHC in direzioni opposte, e poi fatti collidere frontalmente.

Si dovr raggiungere la temperatura di duemila miliardi di gradi (100.000 volte la

temperatura all interno del sole!).

PROBLEMI Tecnici:

*Uninterazione PbPb allenergia di LHC produrr migliaia di particelle

*Notevoli difficolt tecniche per progetto/realizzazione dei rivelatori che dovranno

identificare e realizzare tali particelle

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PROBLEMI Concettuali

* Il QGP ha una vita effimera; durante questa breve vita si verificano dei processi di

espansione e raffreddamento che provocano una transizione verso particelle

ordinarie (non colorate). Queste, dopo una fase relativamente pi lunga di interazioni

reciproche, volano verso i rivelatori.

* Sono queste le particelle che vediamo nei nostri rivelatori e NON i quark e i gluoni

del Quark-Gluon Plasma. Occorre pertanto identificare dei segnali univoci

dellavvenuta formazione (per brevissimi istanti) del QGP.

RICADUTE TECNOLOGICHE

a) Gli esperimenti produrranno circa 15 milioni di Gigabytes di dati per anno (circa 5

milioni di DVD). Nel 1988 un hard disk che poteva immagazzinare un gigabyte di

memoria costava lequivalente di 15.000 euro, oggi costa solo 30 centesimi di euro.

b) L analisi dati per lLHC richiede una potenza di calcolo equivalente a circa 100.000

dei pi veloci PC oggi esistenti.

c) Cos come il world wide web (cio il www degli indirizzi internet inventato al

CERN) provvede accesso continuo a informazioni immagazzinate in molti milioni di

differenti locazioni geografiche, saranno forse create nuove tecnologie informatiche

proprio per immagazzinare e analizzare lenorme mole di dati degli esperimenti.

d) Grazie alla ricerca sugli acceleratori di particelle possibile comprendere come

sono state realizzate opere darte, qual la loro et precisa, o svolgere indagini

storiche su reperti importanti sacrificandone solo una parte microscopica. In questo

modo si sono datate due delle tonache di San Francesco conservate in Italia.

e) La Grid una infrastruttura che provvede accesso ininterrotto a potenza di calcolo e

capacit di data storage distribuita nel globo.

Applicazioni in campo medico Con la radioterapia si possono trattare i tumori

curabili, che sono allincirca il 45% dei casi, tra di questi il 5% vengono curati con

chemioterapia e trattamenti simili, il 40% con chirurgia (22%) e radioterapia (18%).

Per la ricerca applicata anche prevista la messa in funzione di un acceleratore di

protoni di alta intensit e bassa energia con cui realizzare fasci di neutroni.

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Irraggiando un bersaglio di berillio o di litio si produrranno fino a 100 mila miliardi di

neutroni al secondo, che saranno utilizzati per studi applicativi nel campo dei

materiali, dellastrofisica e della medicina.

Una applicazione importante nel campo medico lo studio della BNCT (Boron

Neutron Capture Theraphy) per la cura dei tumori diffusi.

Il metodo basato sulla capacit del Boro di catturare neutroni termici a decadere

in un nucleo di litio e uno di elio.

Lirraggiamento del paziente con neutroni termici provoca la rottura del 10B che si

comporta come una micro-bomba distruggendo in modo selettivo solo le cellule

tumorali:

Questa tecnica fa uso di neutroni termalizzati che nel nostro caso avranno un

flusso di un miliardo di neutroni al secondo per centimetro quadrato.

Unaltra applicazione lidentificazione dei tumori e delle metastasi allinterno del

corpo umano,mediante il radiotracciante F-FDG (F-FluoroDesossiGlucosio). Infatti,

Il F-FDG segue il percorso del glucosio allinterno del corpo umano, quindi si

accumula nelle cellule a pi elevato metabolismo, come le cellule tumorali. Questo

permette di ricostruire unimmagine quantitativa e tridimensionale delle zone

tumorali, che offre la possibilit di una diagnosi oncologica pi accurata e di elevato

valore prognostico.

BNCT, Boron Neutron Capture Theraphy. Tratta da INFN.

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m1 x m2

d2

F = G

LA FORZA DI ATTRAZIONE GRAVITAZIONALE (Fag o Fg)

La forza gravitazionale UNIVERSALE, cio tutti i corpi celesti ne

sentono la presenza. Essa la pi debole delle 4 forze, non si

riconoscerebbe se non avesse le 2 propriet che la caratterizzano:

agisce a grandi distanze ed sempre attrattiva.

Nonostante sia la pi debole i suoi effetti sono a noi molto

evidenti: ci mantiene con i piedi per terra e fa ruotare i nostro

pianeta intorno alla stella Sole. Come mai? Perch sia noi che i

corpi celesti sono complessivamente dei corpi neutri, cio siamo fatti da un

numero uguale di cariche positive e negative. Per questo non sentiamo gli effetti della

forza elettromagnetica.

La forza gravitazionale veicolata dalla particella GRAVITONE che non contiene

massa ma possiede un grande raggio di azione.

Uno degli obiettivi degli esperimenti quello di individuare il gravitone.

La legge di gravitazione universale

Nel libro Philosophiae naturalis Principia Mathematica del1687, Isaac Newton enunci

la legge di gravitazione universale:

Due corpi rispettivamente di massa m1 ed m2,si attraggono con una forza di intensit

direttamente proporzionale al prodotto delle masse ed inversamente proporzionale al

quadrato della distanza che si separa. Tale forza ha la direzione parallela alla retta

congiungente i baricentri dei corpi considerati

F= forza di attrazione gravitazionale tra m1 e m2

G= costante di gravitazione universale = 6,67 10-11 N m2 kg-2

m1, m2= masse dei corpi

d = distanza tra le due masse

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PERCH I PIANETI NON CADONO SUL SOLE?

Perch i pianeti e il Sole ruotano intorno al baricentro del sistema

Essendo il Sole molto pi massiccio di un pianeta il

baricentro cade sotto la superficie

del Sole e pianeti ruotano intorno alla stella per non

cadervi dentro.

Einstein dimostr che i corpi massicci come le stelle

curvano lo spazio intorno loro,

spiegando le anomalie orbitali del pianeta Mercurio.

Albert Einstein: i corpi massicci piegano lo spazio

. e deviano anche i raggi della luce proveniente da

altre stelle (verificato da sir Arthur Eddington

nella famosa eclisse del 1919)

o da lontane galassie (lenti gravitazionali):

Ma a volte la forza di attrazione gravitazionale pu essere dannosa:

Effetto gravitazionale del Sole sui pianeti nel sistema solare.

Effetto gravitazionale del Sole sul pianeta Mercurio. Tratta da Einstein e le macchine del tempo

La forza di gravitazione!!

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Elettroni che ruotano intorno al nucleo

LA FORZA ELETTROMAGNETICA (Fem)

la forza che si esplica tra particelle cariche, come

gli elettroni e i protoni. pi intensa della forza di

attrazione gravitazionale: la forza elettromagnetica tra

due elettroni circa un milione di milioni di milioni di

milioni di milioni di milioni di milioni volte pi grande

della forza gravitazionale.

Fem > 1042 Fg

Sebbene a grande scala corpi come la Terra o il Sole

contengano pi o meno lo stesso numero di cariche

positive e negative e quindi domini la Fg, a piccola scala (come negli atomi) la Fem si

fa sentire: essa fa ruotare lelettrone negativo intorno al nucleo positivo (a causa dei

protoni in esso contenuti), un po come la Fg fa ruotare i pianeti intorno al Sole.

La Fem veicolata dai FOTONI, particelle senza massa. Sono queste che

compongono la luce!

Un altro esempio della forza elettromagnetica il campo magnetico Terrestre.

Dal quaderno di Geraldo, 1b alberghiero in www.pierluigistroppa.altervista.org

Sopra: confronto tra le forze di

attrazione gravitazionale e quella

elettromagnetica.

http://www.pierluigistroppa.altervista.org/

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IPOTESI PER LORIGINE DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE (CMT)

In classe abbiamo studiato due ipotesi per lorigine del CAMPO MAGNETICO

TERRESTRE (CMT): lipotesi A e lipotesi B.

nellipotesi A il CMT si pensa dovuto allesistenza di una barra solida magnetica

allinterno del nucleo terrestre. Tale ipotesi non pu essere valida perch le alte

temperature presenti nel nucleo terrestre (oltre 5.000C) fonderebbero la barra

stessa, la cui temperatura di fusione dovrebbe essere di circa 700C;

lipotesi B prevede invece lesistenza di correnti elettriche ferrifere nel nucleo

esterno (fluido); tali correnti creerebbero le linee di forza del CMT che uscendo dal

polo sud magnetico e rientrando al polo nord magnetico, orientano lago della

bussola verso nord.

IMPORTANZA DEL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Il CMT indispensabile per la vita del pianeta perch ci protegge dal vento

solare e dai raggi cosmici;

indirettamente protegge anche latmosfera (forse latmosfera del pianeta Marte

venne spazzata via dal vento solare milioni o miliardi di anni fa, proprio perch

Marte ha un Campo magnetico pi debole del nostro);

aiuta noi e altri animali nellorientamento.

Le figure sono tratte dal sito www.pierluigistroppa.altervista.org

http://www.pierluigistroppa.altervista.org/

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Prima di parlare delle forze nucleari deboli e forti dobbiamo accennare a:

IL MODELLO STANDARD E LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELLA MATERIA

Nel modello standard le particelle fondamentali sono raggruppate in due categorie:

Le particelle costituenti la materia, che risultano essere tutti fermioni, ovvero i

quark ed i leptoni, questi ultimi comprendono i leptoni carichi ed i neutrini.

Le particelle mediatrici delle forze, che risultano essere tutte bosoni.

TUTTA LA MATERIA ORDINARIA che osserviamo nel mondo macroscopico

costituita da quark e leptoni: infatti costituita da atomi che sono a loro volta

composti da un nucleo ed uno o pi elettroni, che sono i pi leggeri tra i leptoni carichi.

Il nucleo costituito a

sua volta da protoni e

neutroni che sono

composti ciascuno da tre

quark. I fermioni del

modello standard sono

raggruppati in tre

famiglie, sia per i leptoni

che per i quark. Le tre

famiglie di leptoni,

comprendono ciascuna

una particella carica

(rispettivamente

elettrone, muone e tau) ed un corrispondente neutrino.

Le tre famiglie di quark prevedono ciascuna un quark di carica +2/3 ed uno di carica -

1/3. I quark pi leggeri sono up (u) e down (d), che combinati secondo lo schema uud

formano il protone (di carica +2/3 +2/3 -1/3 = 1), mentre combinati secondo lo schema

udd formano il neutrone (di carica +2/3 -1/3 -1/3 = 0).

Le particelle della seconda e terza famiglia esistevano subito dopo il

Big Bang. Ora si trovano solo nei raggi cosmici e vengono prodotte negli acceleratori

di particelle.

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La Fnd permette la trasformazione di un quark up in quark down, causando la

trasformazione di un protone in un neutrone! Le palline pulite sono i quark up, quelle

sporche sono i quark down.

LA FORZA NUCLEARE DEBOLE (Fnd)

- Responsabile della radioattivit e della fusione termonucleare, in quanto causa la

trasformazione dei protoni in neutroni e viceversa;

- Agisce sulle particelle subatomiche (protoni e neutroni);

- non agisce sui fotoni e sui gravitoni;

N.B. Nel 1967 la FND fu unificata con la FEM formando la forza elettrodebole.

Ogni tipo di interazione ha un ruolo preciso nelleconomia dellUniverso,ma le

interazioni deboli sono molto diverse dalle altre. Infatti, mentre gli altri tipi di

interazioni, cio le gravitazionali,le elettromagnetiche e le forti, si manifestano

soprattutto come forze di attrazione e repulsione tra le particelle, la specialit delle

interazioni deboli quella di trasformare una particella in unaltra (vedi figura

sopra). Curiosit: nel dicembre del 1933 apparve su la ricerca scientifica (la rivista del

Consiglio Nazionale delle Ricerche) un articolo di Enrico Fermi dal titolo tentativo di

una teoria dellemissione dei raggi beta.

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Dal quaderno di Irina Matei, 1b alberghiero in www.pierluigistroppa.altervista.org

Di seguito sono riportati i due fenomeni studiati in classe causati dalla forza nucleare

debole: la fusione termonucleare e la radioattivit.

LA FUSIONE TERMONUCLEARE

Il disegno uno schema semplificato di quello che avviene nella fusione

termonucleare; in realt il processo pi complesso.

La fusione termonucleare la reazione nucleare che avviene nel sole e nelle altre

stelle, con produzione di unenorme quantit di energia.

Nella reazione di fusione nuclei di elementi leggeri, quali quelli dellidrogeno, a

temperature e pressioni elevate, fondono formando nuclei di elementi pi pesanti,

come quelli dellelio.

In realt la reazione pi complessa (vedi figura sottostante). Sono noti tre isotopi

dellidrogeno: lidrogeno propriamente detto (H), il deuterio (D) e il trizio (T). Il nucleo di

tutti e tre contiene un protone, il che li caratterizza come forme dellelemento idrogeno;

il nucleo di deuterio contiene inoltre un neutrone mentre quello del trizio due neutroni.

Figura tratta dallenciclopedia multimediale wikipedia

http://www.pierluigistroppa.altervista.org/

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Schema semplificato della radioattivit, tratto da scienze della Terra di A.Zullini e U.Scaioni

Schema della radioattivit, tratto da wikipedia

LA RADIOATTIVIT

La maggior parte del flusso di calore interno terrestre(FCIT) causato dalla

liberazione di energia nucleare che si trasforma in calore con la radioattivit; luranio

235 ogni 713 milioni di anni (tempo di dimezzamento) si trasforma in piombo-207

lasciando un avanzo di massa (m) pari a 28 unit di massa atomica. A causa della

formula di Einstein lavanzo di massa (m) si trasforma in E sviluppando calore.

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Le figure sono tratte dallenciclopedia

multimediale wikipedia. A sinistra la

struttura di un protone, a destra

quella di un neutrone

Il quarkscopio, costruito dallAMA (Associazione Marchigiana Astrofili)

LA FORZA NUCLEARE FORTE

Agisce nel nucleo dell atomo, allinterno dei protoni e dei neutroni

Ha la propriet del confinamento, cio in ogni nucleo ci sono tre Quark

veicolata dai gluoni (dallinglese glue che significa colla) che tengono insieme i

Quark dentro i protoni e i neutroni

Senza di essa i protoni non riuscirebbero a stare nel nucleo! Infatti, a causa della

Fem si respingerebbero. per tale motivo che questa interazione stata chiamata

forte! quindi la Fnf pi intensa (almeno alle distanze subatomiche) della Fem.

Curiosit: Il QUARKSCOPIO uno strumento fabbricato dall AMA (associazione

marchigiana astrofili di Ancona). Con esso si possono vedere i quark che sono nei protoni e nei neutroni, ma

anche quelli presenti nelle

corrispondenti particelle di

antimateria (antineutrone e

antiprotone), particelle la

cui vita (per fortuna nostra)

breve ma se

incontrassimo un nostro

sosia fatto di antimateria

(cio di antiprotoni,

antineutroni e antielettroni)

faremmo bene a non

stringergli la mano: ci annichileremmo istantaneamente se lo facessimo!

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BIBLIOGRAFIA

Nicola Dallaporta (1986), sguardo sullattuale cosmologia ed. Borla

Franc Wilczek (2010), la leggerezza dellessere. La massa, letere e lunificazione

delle forze ed. Mondadori

Ippolita Martellotta & Rosa Anna Rizzo (2009): English for Science, facing the

future lingue Zanichelli

Aldo Conti & Lino Miramonti una particella molto sfuggente, in quark album

cacciatori di neutrini. A cura dellINFN

Antonio Masiero & Massimo Pietroni Il lato oscuro dellUniverso in La materia

oscura collana asimmetrie anno 2 n4-giugno 2007. A cura dellINFN

Angela Bracco Al cuore della materia in Nuclei e stelle collana asimmetrie anno

4 n9-settembre 2009. A cura dellINFN

Alberto Del Guerra Antimateria al lavoro per la salute in antimateria collana

asimmetrie anno 3 n7-ottobre 2008. A cura dellINFN

Nicola Cabibbo Le interazioni deboli in la lunga caccia al neutrino collana

asimmetrie anno 2 n3 - dicembre 2006. A cura dellINFN

A.Zullini e U.Scaioni scienze della terra, edizioni ATLAS

Poster INFN 1951-2001, 50 anni di ricerca italiana alla frontiera della scienza e

della tecnologia

Autori vari fisica, gli scienziati delle forze fondamentali e il loro istituto

Stephen Hawking, 1988, A brief history of time, from the Big Bang to Black Holes

F.Bagatti & alii (2.000) elementi di chimica, sezione C: dalla struttura dellatomo ai

legami chimici.

Luca Novelli (2007), Einstein e le macchine del tempo, in lampi di genio, ed. scienza.

SITOGRAFIA

www.wikipedia

www.pierluigistroppa.altervista.org

www.infn.it

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www.cern

http://www.wikipedia/http://www.pierluigistroppa.altervista.org/http://www.infn.it/http://www.asimmetrie.it/http://www.cern/