Meccanica Quantistica La concezione attuale

della realtà fisica

Meccanica Quantistica • La Meccanica Quantistica (MQ) e’ la teoria fisica

che descrive le leggi che governano i fenomeni fisici a livello microscopico (atomico o sub-atomico), ma ha anche conseguenze a livello macroscopico, quali l’impenetrabilita’ dei corpi, la stabilita’ della materia e dei colori, l’esistenza di laser, superconduttivita’…

• La MQ sta alla base delle teorie attuali sull’origine delle strutture cosmiche…

e del funzionamento dei cellulari….

• Come la Relatività ha messo in crisi il nostro concetto di spazio e tempo, così la Meccanica Quantistica (MQ) mette in crisi il nostro concetto di “particella” riferito alle particelle del mondo atomico, come gli elettroni, o di “onda” sulla stessa scala, come le onde elettromagnetiche, ma anche, più in profondità, i nostri concetti di posizione, velocità, misura, identità … e perfino di “realtà fisica”…

Prima della crisi • Gli elettroni sono “particelle” =>ad

esempio si possono osservare le loro traiettorie in una “camera a nebbia” (vapore soprassaturo+particella carica -> condensazione di goccioline d’acqua -> traiettoria)

• La luce è fatta di “onde” che producono ad esempio fenomeni di diffrazione e interferenza passando da una o più fenditure

Crisi di inizio ‘900 • Esperimenti dove la luce si comporta come se

fosse fatta di particelle (effetto fotoelettrico-teoria di Einstein 1905)

• Si invia un fascio di luce

con frequenza sufficientemente

alta e vengono subito emessi

elettroni che sono più veloci se la frequenza della luce è più alta. Inspiegabili con onde:

1) Emissione immediata (<10-9 s)-> invece di ≈107s necessari ad accumulare l’energia sufficiente

• 2) Energia degli elettroni proporzionale alla frequenza della luce incidente (ν ) -> invece che all’Intensità dell’onda.

• Spiegazione di Einstein: la luce è costituita (in qualche senso) di “particelle” (fotoni) la cui energia per 2) è proporzionale alla frequenza, quindi esiste una costante universale (h costante di Planck) tale che E=h ν. 1) <-tempo dell’urto nullo 2) energia degli elettroni è proporzionale a ν perché l’urto è individuale

• Esperimenti dove gli elettroni si comportano come onde

• Fasci di elettroni inviati su un cristallo mostrano le righe chiare e scure dell’interferenza come se fossero onde

• Davisson-Germer 1927

Onde e Interferenza • Quindi fasci di particelle quantistiche mostrano il

fenomeno di interferenza tipico delle «onde» • Vediamo l’origine dell’interferenza nel caso classico

delle onde di luce che passano tra due fenditure producendo su uno schermo frange chiare e scure

Spiegazione: Intensita’ (luminosita’) I(x)=(altezza o ampiezza a(x))2 e si sommano le ampiezze delle onde prodotte dalle fenditure, quindi l’ampiezza totale a12(x) =a1(x)+a2(x), ma (a12(x))2= (a1(x) 2+(a2(x)) 2 + 2 a1(x) a2(x)

I12 (x) = I1 (x) + I2 (x) + 2 a1(x) a2(x) ← termine di interferenza

Particelle classiche

• Nessuna interferenza invece compare nel caso di particelle classiche (se interpretiamo come analogo di I(x) il

numero di particelle N(x) che arrivano nella posizione x e con il pedice 1,2, 12 i casi con aperta solo le fenditure 1,2,1+2)

N12(x)=N1(x)+N2(x)

Dividendo per il numero

totale N di particelle otteniamo

le probabilità p(x)=N(x)/N e p12(x)=p1(x)+p2(x) la probabilità di trovare una particella in x con 1+2 aperte = probabilità con 1+probabilità con 2 aperta,

quindi la particella è passata o da 1 o da 2

Onde o particelle?

• Ma allora le particelle quantistiche sono particelle, visto che (sembra) possiamo osservare le loro traiettorie o onde, visto che mostrano il fenomeno di interferenza?

• Per capire la situazione rifacciamo l’esperimento delle due fenditure con un fascio di particelle quantistiche (es. elettroni…) che vengono emessi uno alla volta

• Per fortuna tutte le “particelle quantistiche” (elettroni, fotoni,…) si comportano nello stesso modo anche se fortemente controintuitivo.

1. Gli elettroni compaiono nei rivelatori

in numeri interi come con particelle

2. Contandoli (N12 (x)) otteniamo la figura

di interferenza come con onde.

Dividendo per il numero totale (N) di elettroni del fascio otteniamo la probab-

ilita’ p12 (x)= N12 (x)/N che presenta quindi il fenomeno dell’interferenza

Onde di probabilita’

• Nel caso delle onde classiche la interferenza era dovuta

al fatto che l’intensita’ era il quadrato dell’ampiezza, ma erano le ampiezze delle onde delle fenditure che si sommavano. Per le particelle quantistiche allora poniamo la probabilita’ p(x)=|ψ(x)|2

ψ(x)=ampiezza dell’onda di probabilità detta funzione d’onda (introdotta da Schroedendiger interpretata

probabilisticamente da Born)

ψ12 (x)= ψ1(x)+ ψ2 (x) e quindi p12(x)=p1(x)+p2(x)+interferenza

• Quindi cosa sono le particelle quantistiche? Sono onde o particelle?

Particelle quantistiche Sono “particelle” la cui probabilita’ di essere

trovate in una certa posizione x [o con un

certo impulso p o ...] e’ determinata

dall’intensita’ di un’onda ψ (x) [φ(p) o…] .

La situazione e’ dunque completamente diversa

dal caso classico: la Meccanica Quantistica non

assegna alle particelle di un sistema fisico una

definita posizione e impulso che esse

posseggono, ma solo una probabilita’

(indeterminismo) di essere trovate in una

posizione con una misura, neanche di “avere” una

posizione…

Se osserviamo…disturbiamo • Infatti gli elettroni nell’esperimento con le fendi-

ture sono rivelati come unita’, quindi diremmo: • L’elettrone e’ passato o dalla fenditura 1 o

dalla fenditura 2, ma la somma delle proba- bilita’ con una sola fenditura aperta (senza interferenza) non e’ uguale a quella che si ottiene quando sono aperte tutte due (con interferenza)…

• Per capire da quale fenditura passa un elettrone potremmo mettere una luce dopo le fenditure in modo che un lampo segnali la posizione dell’elettrone.

• Rifacendo l’esperimento con la luce : Ogni elettrone lo vediamo passare da una sola fenditura (o 1 o 2), ma la figura di interferenza delle intensità scompare…

Quale traiettoria? • Nessuna di queste affermazioni per gli elettroni

descritti da ψ12= ψ1+ ψ2 e’ quindi corretta: • L’elettrone passa da una fenditura o dall’altra (esclusa

perche’ se sommiamo il contributo dei due casi con una sola fenditura aperta non riproduciamo quello con due fenditure aperte)

• L’elettrone passa da entrambe le fenditure (esclusa perche’ se cerchiamo di verificare sperimentalmente troviamo l’elettrone sempre in una sola delle fenditure)

• L’elettrone arriva allo schermo finale senza passare da nessuna delle due fenditure (esclusa perche’ se chiudiamo tutte due le fenditure nessun elettrone viene rivelato sullo schermo finale)

Nessuna traiettoria … se non osserviamo • Dalle considerazioni precedenti vediamo che non e’

affatto ovvio poter assumere che le particelle quantistiche “abbiano” una posizione se non le osserviamo, ma solo che le “troviamo” in una posizione, se ne eseguiamo una misura, con una probabilita’ determinata dalla funzione d’onda. Con tale interpretazione (ortodossa Bohr,Heisenberg,Born,Jordan,Dirac,Pauli 1927) la probabilita’ non e’ dovuta alla nostra ignoranza su una posizione esistente, perche’ una posizione (come valore) non preesiste alla misura. La probabilita’ quantistica cioe’ e’ intrinseca, non epistemica. (“Nettuno (corpo classico) avrebbe la stessa posizione anche se non fosse osservato ma l’elettrone (particella quantistica) no…”)

La relazione particella-onda • La relazione tra le proprieta’ di onda e di particella delle

particelle quantistiche fa comparire (dopo la velocità della luce c) una nuova “costante universale” della realta’ fisica : la costante di Planck h , distantissima come scale da quelle dell’esperienza umana h ≈ 6·10-34 kg m2 /s= 0.0000000000000000000000000000000006 kg m2/ s

• E(energia della particella)=h ν (frequenza dell’onda) (Planck 1900-Einstein 1905)

• p=Mv (impulso della particella)= h/λ (lunghezza d’onda) (de Broglie 1924)

• La piccolezza di h spiega perché la natura su scala atomica si

comporti in modo così differente dall’esperienza quotidiana.

Localizzazione onda/particella • E’ evidente però che la localizzazione

spaziale di una particella (quasi un punto) è completamente diversa da quella di un’onda, che se ha lunghezza d’onda ben definita è infinitamente estesa! Consideriamo allora una «traiettoria» di una particella quantistica in una camera a nebbia, la funzione d’onda che la descrive deve essere ben localizzata, ma questo si può ottenere solo sommando onde di diversa lunghezza d’onda λ, corrispondenti a impulsi diversi della particella quantistica (pacchetto d’onde) perché p=h/ λ.

Indeterminazione spazio-impulso • Più vogliamo localizzare l’onda (∆x piccolo) più λ

dobbiamo sommare (∆ λ grande) e più precisamente ∆x ∆(1/ λ) ≥1. Ma per una particella quantistica p=h/ λ, perciò se ne conosciamo a un tempo fissato la posizione con una indeterminazione ∆x e l’impulso con una indeterminazione ∆p allora vale il principio di indeterminazione di Heisenberg:

∆x ∆p ≥ h • Ecco il significato profondo di h: è un limite alla nostra

conoscenza simultanea di x e p per una particella quantistica! dovuto alla natura ondulatoria di ψ

• Questo implica che posizione, impulso e in effetti tutte le quantità fisiche non possono essere descritte da ‘’funzioni’’, che per definizione ‘’assumono’’ valori conoscibili con precisione a priori arbitraria

Indeterminismo e misure • A sua volta il principio di indeterminazione è

correlato alla natura probabilistica e non deterministica della posizione spaziale di una particella quantistica: se la conosciamo a un istante t precisamente, il suo impulso è molto impreciso e la posizione a istanti successivi fortemente indeterminata!

• Nonostante se non osserviamo le quantità fisiche non «hanno» valori, se le misuriamo troviamo dei valori che possiamo prevedere solo probabilisticamente (indeterminismo nella misura)

Energie discrete & stabilità di atomi e colori

• La natura ondulatoria delle particelle quantistiche permette la comparsa di un insieme di valori discreti per alcune quantità osservabili come l’energia di un atomo. Essendo discreta l’energia non può modificarsi in modo continuo con gli urti, questo garantisce la stabilità degli atomi (ad esempio dei gas) e dei colori della luce che emettono, nonostante i loro urti.

• Infatti la lunghezza di una corda che oscilla in modo stazionario deve essere un multiplo (semi)intero della lunghezza d’onda λ .

Energie discrete & stabilità di atomi e colori • Per una ψ oscillante in un atomo (es. di H) attorno a

una circonferenza di raggio r varrà allora 2πr=nλ= nh/mv (ricordiamo p= mv=h/ λ ).

• Se chiediamo con Bohr che valga anche l’equazione di Newton come legame tra v e r (mv2/r=e2/r2) ricaviamo che le velocità possibili sono date dall’insieme discreto vn= 2πe2/nh e quindi discrete sono pure le energie possibili En=-2me4π2/n2h2

• I colori sono dati dalle ν dei fotoni emessi nei salti tra le energie permesse νmn=(Em-En)/h (ricordando E=h ν) e la discretezza ne garantisce la stabilità

Identità in MQ? • In MC possiamo sempre distinguere due

particelle identiche seguendo l’evoluzio- ne della loro posizione e velocità sulla traiettoria, ma in MQ non esistono traiettorie, ma solo funzioni d’onda

• Supponiamo che all’istante iniziale le funzioni d’onda di due particelle identiche 1 e 2 siano disgiunte

• Nell’evoluzione a tempi successivi però nulla garantisce che rimangano disgiunte e se a un certo istante si sovrappongono poi non c’è più modo di sapere quale è 1 e quale è 2

1 2

• In MQ non esiste possibilità di seguire nel loro moto due particelle identiche e distinguerle: Le particelle quantistiche identiche (come enti) perdono la loro individualità e la loro identità porta all’indistinguibilità

• Ha senso solo porsi domande che non dipendono dall’individualità delle particelle identiche, ad esempio la probabilità di trovare un elettrone in un volume, ma non di trovare un fissato elettrone in quel volume

• Non c’è modo di dire ‘’quale’’ elettrone sta nella mia mano o nel tavolo…

Conseguenze fisiche dell’indistinguibilità

• Poiché sono i quadrati delle funzioni d’onda che danno le probabilità, due funzioni d’onda che differiscono per un segno saranno fisicamente equivalenti.

• Poiché due particelle quantistiche identiche sono indistinguibili un loro scambio non può dare effetti fisici, ma allora se Ψ(x1,x2) è la loro funzione d’onda

• o Ψ(x1,x2)= Ψ(x2,x1) bosoni (fotoni-luce, laser)

• o Ψ(x1,x2)= -Ψ(x2,x1) fermioni (elettroni-prinipio di Pauli, chimica…)

• Le particelle quantistiche sono caratterizzate dalla massa (in quiete) e da una quantità solo quantistica correlata alle rotazioni…lo spin s che rappresenta (in unità di ħ=h/2π) il

loro momento angolare intrinseco (idea intuitiva

di spin:particella ruotante attorno a un asse,

ma falsa: puntiforme non può ruotare su se stessa)

• Particelle suddivise in 2 categorie:

• Fermioni ->spin semintero (elettroni, quarks …) particelle di materia

• Bosoni -> spin intero (fotoni, Higgs…) trasmettono le interazioni =radiazione (elettromagnetica…)

FERMIONI & BOSONI

• Per gli elettroni, s=1/2. Consideriamo la Ψ per 2 di essi.

Ψ(x1, x2)=- Ψ(x2, x1) ma se sono entrambi nello stesso punto x ,Ψ(x,x)=-Ψ(x,x),quindi Ψ=0. Principio di esclusione di Pauli: non ci possono essere due elettroni nello x (o con lo stesso p) → le orbite elettroniche di due atomi non possono sovrapporsi troppo

L’elettrone e’ puntiforme ma le orbite hanno dimensioni di circa 10-10 m quindi gran parte dello ’’spazio’’ in un atomo è vuoto, ma per il principio di Pauli per la compenetrabilità contano le orbite e le distanze tra di loro nella materia sono comparabili alle loro dimensioni → incompenetrabilita’

FERMIONI & incompenetrabilita’

• In un solido con Na (~ 1023) atomi a distanza a abbiamo impulsi permessi che sono multipli di h/Naa.

• Per il principio di Pauli non ci può essere più di un elettrone (per spin) per ogni impulso disponibile. Quindi se ci sono Ne elettroni in un materiale, ci deve essere un impulso massimo Ne h/Naa, e quindi una energia massima (livello o energia di Fermi)

FERMIONI &Metalli, isolanti… cellulari

• Abbiamo visto che per un solo atomo le energie permesse formano un insie me discreto. E se avviciniamo N atomi come in un solido? Allora si creano delle ‘’bande’’ di energia permesse, intorno ai valori per gli atomi singoli, che possono contenere N elettroni.

• Se il livello di Fermi sta in una banda, ci sono immediatamente sopra in energia stati permessi e quindi ogni campo elettrico che aumen ta l’energia degli elettroni crea corrente, perché gli elettroni trovano stati permessi. Questi sono i metalli.

FERMIONI &Metalli

• Se il livello di Fermi sta invece in mezzo a due bande di energia permessa, allora immediatamente sopra in energia gli elettroni non hanno stati permessi e un campo elettrico non riesce a muoverli. Questi sono gli isolanti.

• Se la distanza tra la banda riempita e quella vuota è piccola allora un piccolo campo elettrico induce una corrente. Questi sono i semiconduttori che stanno alla base dei circuiti elettronici in computer e cellulari…

FERMIONI & isolanti…e… cellulari

• Per due bosoni , come i fotoni, s=1, Ψ(p1,p2)= Ψ(p2,p1), non vale il principio di Pauli e ci possono essere due fotoni con lo stesso impulso (e con la stessa direzione dello spin) → laser (molti fotoni esattamente con lo stesso impulso-> )

• In un metallo vicino a T=0 K coppie di elettroni di spin opposto si attraggono, formano bosoni (s=1/2-1/2=0)

• Questi hanno tutti impulso nullo (condensazione) → una corrente elettrica non incontra resistenza=superconduttivita’, perche’ la resistenza e’ dovuta agli elettroni singoli e per ottenerli occorre rompere una coppia, il che richiede energia

BOSONI & laser, superconduttivita’

Concludendo…

• La MQ ha avuto un successo incredibile nell’interpretazione dei fenomeni fisici e nella tecnologia che da questa comprensione è derivata.

• Ma ha anche modificato in profondità la nostra concezione della realtà fisica: anche una conoscenza massimale di un sistema quantistico ad un istante non ci consente la previsione certa dei risultati di misure, la “realta’ quantistica” in ambito predittivo e’ infatti intrinsicamente probabilistica .

Modello Standard: DOMANDE “FONDAMENTALI” SULLA MATERIA

• Scomponendo la materia parti sempre piu’

piccole, e’ possibile arrivare a “costituenti fondamentali” della materia , particelle di materia che non sono divisibili e che non hanno struttura?

• Quali sono le forze ( “interazioni”) che agiscono sulla materia?

• Esiste una UNIFICAZIONE delle forze per cui la varieta’ delle interazioni discende da un’unica interazione fondamentale?

• Referenze: R.P. Feynman “ QED, la strana teoria della luce e della materia” Adelphi; G.F. Giudice “Odissea nello zeptospazio” Springer

UNIFICAZIONE DELLE INTERAZIONI FONDAMENTALI

• Le particelle quantistiche sono caratterizzate dalla massa (in quiete) e da una quantità solo quantistica correlata alle rotazioni…lo spin s che rappresenta (in unità di ħ=h/2π) il

loro momento angolare intrinseco (idea intuitiva

di spin:particella ruotante attorno a un asse,

ma falsa: puntiforme non può ruotare su se stessa)

• Particelle suddivise in 2 categorie:

• Fermioni ->spin semintero (elettroni, quarks …) particelle di materia

• Bosoni -> spin intero (fotoni, Higgs…) trasmettono le interazioni =radiazione (elettromagnetica…)

FERMIONI & BOSONI

MATERIA & RADIAZIONE

Particelle elementari

Particelle

di materia

Fermioni

di due tipi

Mediatori

delle

interazioni

(radiazione)

Bosoni

James Joyce

Murray Gell-Mann

?

COLLA NUCLEARE: QUARKS+GLUONI → ADRONI

Large Hadron Collider (LHC) [=Grande acceleratore di adroni (protoni) ] al CERN

The Large Hadron Collider (LHC)

The LHC tunnel – with bending magnets as far as the eye can see

ATLAS – The Toroids

ATLAS – the 8 huge Toroidal magnets in place

• Perche’ acceleratori a energie sempre maggiori ?

• Cos’è il bosone di Higgs?

• La fisica delle particelle elementari e’ governata dalle leggi della Relativita’ e della Meccanica Quantistica.

PERCHE’ LHC?

Relatività:Energia e velocità della luce • La formula E=mc2 e’ valida solo se la particella di massa

m e’ in quiete; se si muove con velocita’ v la formula diventa

E= mc2/(1-v2/c2)1/2

che per v/c piccolo diventa E≈mc2+(1/2)m v2 (energia di massa+cinetica)

• Da qui si vede che puo’ essere ammessa , per E>0, massa m=0 solo se v=c (lo 0 del numeratore e’ compensato dallo 0

del denominatore) , e in effetti particelle che hanno massa nulla (come le particelle di luce, i fotoni) si muovono sempre a velocita’ c

• Inoltre poiche’ nei sistemi (isolati) l’energia si conserva ma non la massa , compaiono fenomeni impossibili nella meccanica Newtoniana

Creazione e decadimenti di particelle

• Nuove particelle possono crearsi in un urto di altre particelle, ad esempio due protoni all’accele - ratore LHC del CERN di Ginevra.

• Decadimenti: una particella di massa M puo’ decadere (“trasformarsi”) in altre particelle di massa m1, m2 ,… purche’ M>m1+m2+…

(ad esempio un neutrone isolato decade in media in 15

minuti in un protone un elettrone e un antineutrino) Ma per capire come sia possibile occorre anche la Meccanica Quantistica, particelle relativistiche classiche non possono “sparire” e “trasformarsi”…

E ancora… • Poiché in un urto l’energia totale si conserva,

se vogliamo produrre particelle di massa più grande dobbiamo avere energie maggiori e accelerandole le particelle incidenti acquistano energia

• I tempi di decadimento possono essere per alcune particelle così brevi nel sistema di riferimento in cui sono ferme (anche 10-23 s) che non sarebbero osservabili, ma poiché si muovono a LHC a velocità vicine a c, la dilatazione dei tempi relativistica consente di osservarle

Energie positive e negative

• L’energia di una particella relativistica è:

• E= mc2/(1-v2/c2)1/2 , quella analoga per l’impulso è

• p= mv /(1-v2/c2)1/2

• Quindi mentre in fisica classica per una particella libera di massa m, E=(1/2)mv2=p2/2m, in fisica relativistica

• E2 -p2c2 =(m2c4 -m2v2c2 )/(1-v2/c2)=m2c4 e pertanto

• E=±(m2c4 + p2c2 ) ½ sono possibili E<0!!

• Se combiniamo Relativita’ (velocità della luce c assoluta)+Meccanica Quantisica

• A ogni particella quantistica (“E>0”) corrisponde la sua “antiparticella” (“E<0” antimateria) con uguale massa, carica opposta [ad esempio anti-elettrone=positrone, antiprotone…] e opposto spin

• Quando una particella collide con la sua antiparticella entrambe si distruggono producendo solo radiazione

Compatibilmente con E=mc2

Relativita’ +Meccanica Quantistica

• Una radiazione o campo intenso, elettromagnetico o gravitazionale, viceversa, puo’ produrre coppie particella-antiparticella.

• Quindi il numero delle

particelle quantistiche ora

non e’ piu’ costante

• Come i fotoni (che si possono emettere e assorbire) erano descritti dal campo elettromagnetico cosi’ ora a ogni particella quantistica e’ associato un campo che la crea/distrugge assieme alla sua funzione d’onda

Relativita’ +Meccanica Quantistica= Teorie di Campo Quantistiche Relativistiche

• Quello che indichiamo come "campo" è un'entità che esiste in ogni punto dello spazio-tempo, "che regola la creazione e l'annichilazione delle particelle" nei vari punti dello spazio-tempo.

• E’ eliminata così la grande distinzione tra materia e radiazione che ancora esisteva in MQ in cui i fotoni potevano essere creati e distrutti mentre le particelle quantistiche di materia (elettroni, protoni,…) erano indistruttibili

• Sono queste particelle elementari descritte dai campi quantistici che possono decadere, essere create,annichilate…

Incredibili proprietà delle particelle elementari

• Se pensiamo ‘classicamente’ , il comportamento delle particelle elementari è folle…

• Due palle nere (p) si scontrano ad alta v e producono 3(!) palle nere uguali ad esse + una palla verde (anti-p) e una rossa (E=mc2)

• Ma nelle stesse condizioni possono anche non produrre alcuna palla nera, ma invece due rosa una verde e una gialla e non sappiamo mai prima quale è il risultato , solo la probabilità (quantistica)

• Una palla nera (n) ferma , ma non sappiamo quando, sparisce e lascia al suo posto una gialla,rosa,rossa…(p,e,ν)

Interazione materia-radiazione

Incredibile semplicità: solo 3 processi base:

→ tempo

Propagazione di particelle di materia (fermioni)

Propagazione di radiazione (bosoni)

Interazione materia-radiazione

DECADIMENTO RADIOATTIVO DI UN NUCLEO A LIVELLO

DELL’INTERAZIONE DEBOLE TRA I SUOI QUARK COSTITUENTI

• Sappiamo che una particella con m=0 deve muoversi alla velocita’ della luce. Per tali particelle sarebbe impossibile formare la materia che conosciamo…eppure in teorie quantistiche relativistiche la velocita’ istantanea delle particelle di materia e’ c (!) come se fossero senza massa. Solo che se m ≠ 0 la particella oscilla rapidissimamente attorno a una traiettoria con velocita’ media v<c.

Forse la massa e’ generata?

In effetti si ritiene che ne sia

responsabile una nuova

particella: il bosone di Higgs

A LHC: CAPIREMO L’ORIGINE DELLA MASSA? L’ORIGINE DELLA MASSA DELLE PARTICELLE

IL BOSONE DI HIGGS

• Come si genera la massa ?

La particella trovata a LHC, il bosone di Higgs, essendo un bosone puo’ “condensare nel vuoto” cioe’ nel vuoto c’e’ una densita’ finita di bosoni di Higgs con impulso 0.

• Tutte le particelle di materia sono in origine assunte con m=0, ma alcune interagiscono col condensato

• Ogni volta che una di queste particelle

interagisce con un Higgs del

condensato la direzione della

velocita’ istantanea (c) si inverte,

Cosi’ si generano le oscillazioni

che descrivono la massa, e’ come se queste oscillazioni“frenassero” la particella originando la sua massa inerziale

Verifica sperimentale

• Come possiamo provare questo?

• Provocando con urti onde nel condensato di Higgs con energia non nulla: per la meccanica quantistica relativistica sappiamo che un’onda (quantistica) è descritta da un campo che crea e distrugge particelle. La particella corrispondente all’onda nel condensato di Higgs è il famoso bosone di Higgs

Peter Higgs a LHC

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Infine ricordiamo che tutte le proprieta’ sconvolgenti dei fenomeni quantistici di cui abbiamo parlato sono conseguenza della sola costante di Planck, se essa svanisse essi svanirebbero, le fluttuazioni primordiali di densità nell’universo che hanno dato origine alle galassie scomparirebbero, i corpi sarebbero attraversabili e… non funzionerebbero i cellulari ….