Interazione fra particelle.

In natura esistono quattro interazioni fondamentali, che sono alla base degli scambi di energia tra le particelle e che sono responsabili della struttura dell'Universo. Queste sono l'interazione elettromagnetica, l'interazione forte, l'interazione debole e l'interazione gravitazionale. Prima di introdurle brevemente sono necessarie alcune piccole premesse. Come già accennato il Modello Standard descrive le interazioni tra le particelle fondamentali come uno scambio di una o più particelle mediatrici di forza che sono chiamate bosoni intermedi o quanti del campo di interazione. Queste particelle, trasportatrici dell'energia dell'interazione, vengono emesse e riassorbite dalle particelle interagenti.


Per descrivere un'interazione è importante definire due quantità: il raggio d'azione e l'intensità.
Il raggio d'azione di un'interazione è la distanza massima alla quale essa è influente. Ad esempio l'interazione gravitazionale ha un raggio d'azione infinito; per questo motivo il sole esercita la sua forza anche su pianeti lontanissimi come Plutone. L'intensità fornisce una misura dei rapporti di forza tra le interazioni di diversa natura.

Mediatori: fotoni
L'interazione elettromagnetica (em) è alla base di tutto i fenomeni elettrici e magnetici, e poiché elettricità e magnetismo sono inseparabili, possiamo parlare in generale di fenomeni elettromagnetici. Nell'elettromagnetismo abbiamo due tipi di interazione: attrattiva e repulsiva, conseguente del tipo di carica positiva e negativa. Va fatto notare che la assegnazione del termine positivo e negativo è solo una convenzione. I fenomeni em sono oramai parte integrante della nostra vita: se oggi venisse a mancare l'energia elettrica saremo in guai seri. E si è visto nei casi di black-out cosa è successo. Sappiamo che gli atomi sono composti da protoni e neutroni nel nucleo ed elettroni orbitanti. I protoni e gli elettroni hanno cariche elettriche opposte per cui gli atomi sono elettricamente neutri. Quello che permette ai vari atomi di legarsi insieme per formare le molecole, e poi ancor più molecole per gli amminoacidi, e poi sostanze sempre più complesse, è la forza em residua, dovuta all'interazione em degli atomi con i loro vicini. Quindi tutta la catena della chimica e della biologia ha alla base questo tipo di interazione. L'em è particolarmente interessante perché si stanno scoprendo sempre più le risorse e le interazioni del corpo con esso. Abbiamo una notevole conoscenza della chimica del corpo umano, ma sappiamo ancora pochissimo dell'em del corpo. E pensate che alla base di tutti i processi chimici,come abbiamo visto appena adesso, c'è l'em stesso, e quindi conoscere un po' di più l'em del corpo ci potrà portare a risultati sorprendenti.



Mediatori: gluoni

È il tipo di interazione presente all'interno del nucleo dell'atomo, ed è quella che tiene insieme il nucleo stesso. Se pensate che nel nucleo ci sono i protoni, particelle che hanno carica elettrica positiva, e che queste particelle carche si respingono con una forza inversamente proporzionale alla distanza, e che quindi a distanze infinitesima, cioè molto piccole, diviene estremamente grande, potete immagina perché si chiama interazione forte. Curiosamente sembra che la sua intensità sia inversamente proporzionale alla settima potenza della distanza, per cui appena le particelle si allontana anche di pochissimo immediatamente prevale la repulsione elettrica. Per spiegare l'interazione forte si utilizzano i quark e la cosiddetta "cromodinamica quantistica" (QCD: Quantum ChromoDynamics, derivato dall'inglese è più diffuso). Cromodinamica perché i quark utilizzati per questa teoria hanno come caratteristica il "colore", termine fittizio inventato per distinguere i vari quark componenti le particelle nucleari. Per cui se trovate scritto QCD sapete che si sta parlando di forze nucleari.


Mediatori: bosoni vettoriali intermedi W+ W- e Z0

Nasce con Fermi per spiegare il decadimento β. Le particelle interessate da questa interazione sono i leptoni e alcuni quark. Il nobel di Rubbia è stato assegnato per la rivelazione della particella Z0 mediatore del'interazione debole neutra, mentre gli altri mediatori sono W+ e W-. Queste particelle si chiamano "bosoni vettoriali intermedi", come si vede dal titolo del paragrafo. Sappiamo che ci sono sei tipi di quark (vedi il paragrafo Quark) e sei tipi di leptoni (vedi il paragrafo Leptoni). Il fatto strano è che tutta la materia stabile dell'universo è composta dai due tipi con meno massa di quark (up e down) e dal leptone con carica elettrica con meno massa (elettrone). Come mai questo? Per spiegarlo occorre fare ricorso all'interazione debole, che diventa responsabile del fatto che gli altri quark e leptoni decadono per produrre i quark ed i leptoni di prima. Alla fine abbiamo l'universo così come lo conosciamo: grazie interazione debole! Ma perché accade proprio questo è ancora un mistero.