Un piccolo glossario di termini di fisica

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acceleratore: Macchina che serve ad accelerare particelle ad alta velocità, e quindi ad alta energia, rispetto alla loro energia in stato di riposo.

adrone: Particella composta da costituenti legati dall'interazione forte (quark e gluoni). Adroni sono i mesoni e i barioni. Queste particelle sono soggette alla interazione forte residua.

annichilazione: Processo in cui una particella incontra la corrispondente antiparticella ed entrambe scompaiono. L'energia appare in qualche altra forma: un'altra diversa coppia particella/antiparticella,un certo numero di mesoni, o un solo bosone neutro (e le rispettive energie). Le particelle prodotte devono solo rispettare la conservazione dell'energia, della quantità di moto e di tutti i tipi di carica.

antimateria: Materia composta da antifermioni. Noi definiamo i fermioni comuni nel nostro universo "materia", e le loro antiparticelle "antimateria". A livello teorico non c'è alcuna distinzione a priori tra materia ed antimateria. L'asimmetria esistente nell'universo tra queste due classi di particelle costituisce un problema complesso per cui non abbiamo ancora una soluzione certa.

antiparticella: Per ogni tipo di fermione c'è un altro tipo di fermione che ha esattamente la stessa massa, ma ha valore opposto per tutte le altre cariche (numeri quantici): questo si definisce l'antiparticella del primo. Per esempio, l'antiparticella di un elettrone è una particella con carica elettrica positiva, chiamata positrone. Anche i bosoni hanno antiparticelle, tranne quelli che hanno valore zero per tutte le cariche, per esempio un fotone o un bosone composto da un quark e il corrispondente antiquark: in questi casi non c'è distinzione tra particella e antiparticella, che sono lo stesso oggetto.

antiquark: L'antiparticella di un quark.

astrofisica: La fisica che studia oggetti astronomici, come le stelle e le galassie.

barione: Adrone composto da tre quark. Sono barioni il protone (uud) e il neutrone (udd). Possono anche contenere un'addizionale coppia quark/antiquark.

bersaglio fisso: Negli esperimenti con bersaglio fisso il fascio di particelle di un acceleratore viene diretto contro un bersaglio che non si muove (o quasi). Il bersaglio può essere un solido, un contenitore di liquido o di gas, un getto di gas.

Big Bang: La teoria del Big Bang postula un universo in espansione a partire da un punto infinitamente denso e caldo. L'istante iniziale è chiamato la "grande esplosione", il "Big Bang".

bosone: Particella che ha un momento angolare intrinseco (spin) intero, misurato in unità h-tagliato (spin =0, 1, 2 ...). Le particelle si dividono in bosoni e fermioni. Sono bosoni le particelle associate alle interazioni (o forze) fondamentali. Sono bosoni anche le particelle composte da un numero pari di fermioni (quark).

bosone W: Il mediatore di forza delle interazioni deboli. Partecipa a tutti i processi deboli in cui la carica elettrica cambia.

bosone Z: Il mediatore di forza delle interazioni deboli. Partecipa a tutti i processi deboli in cui il sapore non cambia.

bottom, quark (b): Il quinto sapore di quark (in ordine di massa crescente), dotato di carica elettrica -1/3.

camera per muoni: Gli strati più esterni di un rivelatore di particelle, in grado di registrare le tracce di particelle cariche. Oltre ai neutrini, privi di carica, solo i muoni si spingono così lontano dal punto di collisione e raggiungono questo strato.

carica: Numero quantico di una particella. Determina se la particella può partecipare a un dato processo di interazione. Una particella con carica elettrica ha interazioni elettriche, una particella con carica forte ha interazioni forti, etc.

carica di colore: Numero quantico che determina la partecipazione a interazioni forti. Solo i quark e i gluoni sono dotati di cariche di colore diverse da zero.

carica elettrica: Il numero quantico che determina la partecipazione a interazioni elettromagnetiche.

CERN: Il principale laboratorio europeo internazionale, dotato di vari acceleratori, situato presso Ginevra, in Svizzera.

charm, quark (c): Il quarto sapore di quark (in ordine di massa crescente), dotato di carica elettrica +2/3.

collisore: Acceleratore in cui due fasci che si muovono in direzioni opposte vengono fatti scontrare in modo da ottenere collisioni ad alta energia tra le particelle di un fascio e quelle dell'altro.

confinamento: Proprietà dell'interazione forte per cui quark e gluoni non possono mai essere isolati, ma si trovano solo all'interno di oggetti composti neutri di colore.

conservazione: Si dice che una quantità (carica elettrica, energia, quantità di moto) viene conservata quando è la stessa prima e dopo una reazione tra particelle.

conservazione della carica: Il fatto che la carica elettrica è conservata in ogni processo di trasformazione di un gruppo di particelle in un altro.

cosmologia: Lo studio della storia dell'universo.

decadimento: Processo in cui una particella scompare e al suo posto appaiono differenti particelle. La somma delle masse delle particelle prodotte è sempre inferiore alla massa della particella di partenza.

down, quark (d): Il secondo sapore di quark (in ordine di massa crescente), dotato di carica elettrica -1/3.

elettrone (e): La particella dotata di carica elettrica che ha massa minore, ed quindi assolutamente stabile. E' il leptone più comune. Ha carica elettrica -1.

evento: Ciò che avviene quando due particelle collidono o una singola particella decade. A livello teorico si prevedono le probabilità di occorrenza di vari possibili eventi quando molte collisioni o decadimenti simili vengono studiati. Non è possibile prevedere il risultato di un singolo evento.

fabbrica di B: Acceleratore progettato per massimizzare la produzione di mesoni B. Le proprietà dei mesoni B vengono quindi studiate con rivelatori speciali.

fabbrica di PHI: Acceleratore progettato per massimizzare la produzione di mesoni . Un tale acceleratore è in funzione a Frascati, in Italia.

fascio: Il getto di particelle prodotto da un acceleratore; solitamente le particelle di un fascio si muovono raggruppate in "pacchetti", cioè formano un getto non continuo, ma intermittente.

Fermilab: Laboratorio dell'acceleratore nazionale Fermi a Batavia, in Illinois (presso Chicago). Così chiamato in onore di un pionere della fisica delle particelle, Enrico Fermi.

fermione: Particella che ha un momento angolare intrinseco (spin) multiplo dispari di 1/2 (1/2, 3/2 ...), misurato in unità h-tagliato. Come conseguenza di questo peculiare spin, i fermioni sottostanno a una legge, chiamata "principio di esclusione di Pauli", che stabilisce che due fermioni non possono esistere nello stesso stato nello stesso momento. Molte delle proprietà della materia ordinaria derivano da questa legge. Sono fermioni gli elettroni, i protoni e i neutroni, come lo sono tutte le particelle materiali fondamentali, i quark e i leptoni.

fotone: Il mediatore di forza delle interazioni elettromagnetiche.

generazione : Serie di quark e leptoni, un tipo per ogni carica, raggruppati in base alla massa. La prima generazione comprende i quark up e down, l'elettrone e il neutrino-elettrone.

gluone (g): Il mediatore di forza delle interazioni forti.

gravitone: Il mediatore di forza delle interazioni gravitazionali; non è stato ancora osservato direttamente.

INFN: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, l'ente che in Italia coordina ed effettua ricerche sulla fisica delle particelle.

interazione: Processo in cui una particella decade o reagisce a una forza dovuta alla presenza di un'altra particella (come nelle collisioni). Può indicare anche la proprietà soggiacente a livello teorico che causa simili effetti.

interazione debole: L'interazione responsabile di tutti i processi in cui cambia il sapore. Perciò da essa dipende l'instabilità dei quark e leptoni pesanti, e delle particelle che li contengono. Sono state osservate anche interazioni deboli in cui non cambia il sapore (o la carica).

interazione elettrodebole: Nel Modello Standard, le interazioni debole ed elettromagnetica sono collegate (unificate) in un'unica interazione, che prende il nome di "elettrodebole".

interazione elettromagnetica: L'interazione dovuta alla carica elettrica; comprende le interazioni magnetiche.

interazione fondamentale: Nel Modello Standard le interazioni fondamentali sono le interazioni forte, elettromagnetica, debole e gravitazionale. La teoria prevede almeno un'ulteriore interazione fondamentale che sia responsabile delle masse delle particelle fondamentali. Cinque soli tipi di interazioni sono sufficienti e necessari per spiegare tutti i fenomeni fisici osservati.

interazione forte: L'interazione responsabile del legame tra quark, antiquark e gluoni a formare gli adroni. L'interazione forte residua genera la forza del legame nucleare.

interazione gravitazionale: L'interazione tra particelle dovuta alla loro massa/energia.

interazione residua: Interazione tra oggetti che non hanno una data carica, ma contengono costituenti che invece hanno quella carica. Anche se alcune sostanze chimiche comprendono ioni elettricamente carichi, gran parte della chimica dipende dalle interazioni elettromagnetiche residue tra atomi elettricamente neutri. L'interazione forte residua tra protoni e neutroni, legata alle cariche forti dei quark che li costituiscono, è responsabile del legame nucleare.

kaone (K): Mesone che contiene un quark strange e un anti-up (o anti-down), oppure un anti-strange e un up (o down).

leptone: Fermione fondamentale non soggetto a interazioni forti. I leptoni elettricamente carichi sono l'elettrone (e), il muone (), il tau (), e le loro antiparticelle. I leptoni elettricamente neutri sono i neutrini ().

LHC: Il Large Hadron Collider (grande collisore per adroni) del laboratorio del CERN presso Ginevra, in Svizzera. In LHC si scontreranno fasci di protoni a un energia di circa 14 TeV rispetto al centro di massa. Sarà completato nel 2004, e allora sarà l'acceleratore di particelle più potente al mondo. Si spera che possa rischiarare molti dei misteri della fisica delle particelle.

linac: Abbreviazione per "acceleratore lineare", cioè un acceleratore senza curve.

massa: vedi "massa a riposo".

massa a riposo: La massa in stato di quiete (m) di una particella è definita dall'energia della particella isolata (libera) in stato di quiete, divisa per il quadrato della velocità della luce. Quando un fisico delle particelle dice "massa" intende sempre "massa a riposo" (m) dell'oggetto in questione.

materia oscura: Materia che esiste nello spazio ma non è visibile a noi perché non emette alcuna radiazione che la renda osservabile. Il movimento delle stelle attorno ai centri delle galassie cui appartengono presuppone che circa il 90% della materia di una galassia sia oscura. Sembra certo che ci sia materia oscura anche tra le galassie.

meccanica quantistica: Quadro concettuale che comprende le leggi fisiche che agiscono su scale piccolissime. Si basano sull'idea che la carica elettrica, la quantità di moto, il momento angolare, come anche le cariche, si danno in quantità discrete chiamate "quanti".

mesone: Adrone composto da un numero pari di quark. La struttura basilare della maggior parte dei mesoni è di un quark e un antiquark.

Modello Standard: Nome della teoria delle particelle e interazioni fondamentali, descritta in queste pagine. E' ampiamente verificata negli esperimenti ed è accettata come corretta dai fisici delle particelle.

muone (): Il secondo sapore dei leptoni carichi (in ordine di massa crescente), dotato di carica elettrica -1.

neutrino (): Il leptone privo di carica elettrica. I neutrini sono coinvolti solo in interazioni deboli e gravitazionali, e perciò sono molto difficili da osservare. Ci sono tre tipi noti di neutrini, tutti con massa molto piccola, o forse nulla.

neutro: Che ha una carica netta uguale a zero. Se non è specificato ulteriormente, si intende riferito alla carica elettrica.

neutrone (n): Barione con carica elettrica uguale a 0; è un fermione che ha come struttura base due quark down e un quark up, tenuti insieme da gluoni. La componente neutra di un nucleo atomico è data dai neutroni. Si distinguono diversi isotopi di uno stesso elemento in base a diversi numeri di neutroni contenuti nel nucleo.

nucleo: L'insieme di neutroni e protoni che forma il centro di un atomo.

particella: Oggetto subatomico che ha massa e carica definite.

particella fondamentale: Particella elementare, priva di struttura interna. Nel Modello Standard sono particelle fondamentali i quark, i leptoni, i gluoni, i bosoni W+, W- e Z. Tutti gli altri oggetti sono composti da questi.

particella subatomica: Qualsiasi particella che sia più piccola di un atomo.

particella virtuale: Particella che esiste solo per un istante brevissimo in una fase intermedia di un processo. Allora il principio di indeterminazione di Heisenberg consente un'apparente violazione della conservazione dell'energia; comunque l'energia risulta conservata, se si confrontano la particella originaria che decade e i prodotti finali di decadimento.

pione (): Il tipo meno massivo di mesone. I pioni possono avere cariche elettriche +1, -1, o 0.

positrone (e+): L'antiparticella dell'elettrone.

principio di esclusione di Pauli: vedi "fermioni".

principio di indeterminazione: Principio quantistico, formulato da Heisenberg, che stabilisce che non è possibile conoscere contemporaneamente con esattezza sia la posizione (x) sia la quantità di moto (p) di un oggetto. Principio analogo vale per energia e tempo (vedi "particella virtuale").

protone (p): L'adrone più comune, un barione con carica elettrica +1, uguale e opposta a quella dell'elettrone. I protoni hanno come struttura base due quark up e un quark down, tenuti insieme da gluoni. Il nucleo dell'atomo dell'idrogeno è un protone. Un nucleo che ha carica elettrica di valore Z contiene un numero Z di protoni, ovvero è il numero di protoni che distingue i diversi elementi chimici.

quanto: La più piccola quantità discreta di una qualsiasi grandezza.

quark (q): Fermione fondamentale, che è soggetto a interazioni forti. I quark possono avere carica elettrica di +2/3 (up, charm, top) o di -1/3 (down, strange, bottom) --l'unità di misura è la carica del protone (+1).

sapore: Nome che designa i diversi tipi di quark (up, down, strange, charm, bottom, top) e i diversi tipi di leptoni (elettrone, muone, tau; per ciascun sapore di leptone carico c'è un corrispondente sapore di neutrino). In altre parola, il sapore è il numero quantico che distingue i diversi tipi di quark e leptoni. Ogni sapore di quark e leptone carico è di massa diversa dagli altri -- riguardo ai neutrini, non sappiamo ancora se hanno massa, e quale.

sincrotrone: Tipo di acceleratore circolare in cui le particelle si muovono raggruppate in "pacchetti" sincronizzati.

SLAC: Centro dell'Acceleratore Lineare di Stanford, in California (U.S.A.).

spin: Momento angolare intrinseco, misurato in unità h-tagliato, dove h-tagliato=h/2 = 6,58x10-34 Js.

stabile: Che non decade. Una particella è stabile se non esiste alcun processo per cui la particella scompare e al suo posto appare una particella diversa.

strange, quark (s): Il terzo sapore di quark (in ordine di massa crescente), con carica elettrica di -1/3.

tau (): Il terzo sapore di leptone carico (in ordine di massa crescente), con carica elettrica -1.

top, quark (t): Il sesto sapore di quark (in ordine di massa crescente), con carica elettrica +2/3. La sua massa è molto maggiore di quella di ogni altro quark o leptone.

traccia: la registrazione del percorso di una particella che attraversa un rivelatore.

tracciatura: Ricostruzione di una traccia lasciata in un rivelatore dal passaggio di una particella.

up, quark (u): Il sapore di quark meno massivo, con carica elettrica di +2/3.


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