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Glossario
dei termini scientifici
Acceleratore
Gli acceleratori sono macchine che usano campi elettrici
per accelerare ad alte energie particelle dotate di carica
elettrica (elettroni, protoni e le loro antiparticelle).
Se gli acceleratori sono lineari, per impartire alle particelle
le energie desiderate devono essere molto lunghi, cosicché
si è optato per lo più per la forma circolare, e si usano
magneti per chiudere in cerchio la traiettoria delle particelle
e riportarle al punto di partenza, conferendo loro altra
energia a ogni passaggio.
Adrone
Le proprietà della forza di colore e le regole della teoria
quantistica permettono a quark (e antiquark) e gluoni di
legarsi insieme in certe combinazioni a formare una particella;
tutte le particelle così formate si chiamano adroni. La
particella formata da tre quark si chiama ; quella formata
da quark e antiquark si chiama , e quella formata da soli
gluoni glueball (gluopalla). Gli adroni hanno tutti un diametro
di circa 10-13 cm. I barioni più familiari sono
il protone e il neutrone. I pioni sono i più leggeri fra
i mesoni, e sono quindi quelli che si producono con la maggiore
frequenza nelle collisioni. I kaoni sono gli adroni più
leggeri dopo i pioni, e hanno proprietà che li rendono utili
in molti studi.
Affinità
elettronica Energia ceduta quando un
atomo neutro allo stato gassoso assume un elettrone per
trasformarsi in ione negativo.
Antiparticella
A ogni particella è associata un'antiparticella, ossia una
particella con la stessa massa ma con tutte le cariche opposte.
Una particella priva di cariche, per esempio il fotone,
è l'antiparticella di se stessa. Spesso l'antiparticella
viene denotata con un trattino scritto sopra il simbolo
della particella: per esempio e (e soprassegnato) è l'antiparticella
dell'elettrone (chiamata anche positrone).
Barione
Un barione è una particella composta, formata da tre quark,
presi a piacere su sei. Protoni e neutroni sono barioni.
Bosone
Sono bosoni tutte le particelle portatrici di un'unità intera
di spin (0,1,...). Essi hanno proprietà diverse rispetto
alle particelle con spin semi intero (fermioni). In fisica
delle particelle il ha anche un uso più specifico: i bosoni
(fotoni, gluoni, particelle W e Z) sono i quanti dei campi
elettromagnetico, forte e debole. Essi trasmetto gli effetti
delle forze fra quark, leptoni e se stessi. I bosoni di
Higgs o higgsoni sono i quanti di un ipotetico campo di
Higgs; essi non sono ancora stati scoperti.
Bosone
vettore intermedio Nome generico dei
bosoni W e Z, che mediano l'interazione debole.
Campo
Ogni particella è l'origine di vari campi, uno per ogni
carica non nulla di cui essa è portatrice. Si hanno interazioni
quando una particella sente il campo di un'altra particella.
Ci sono campi elettromagnetici, campi deboli e campi di
colore (o forti). Qualsiasi particella dotata di energia
(compresa la massa) crea un campo gravitazionale. Nella
teoria standard le particelle acquistano massa interagendo
con un campo di Higgs, ma l'origine di un tale campo non
è ancora compresa.
Campo
di Higgs Nella teoria standard si pensa che
le particelle (bosoni e fermioni) ottengano una massa interagendo
col campo di Higgs. Questo deve avere proprietà molto speciali
perché le masse possano essere incluse nella teoria in un
modo coerente. Gli altri campi che conosciamo derivano da
particelle portatrici di cariche, ma noi non comprendiamo
in che modo potrebbe avere origine il campo di Higgs; ecco
perché i fisici considerano con tanta apprensione la fisica
di Higgs e non concordano ancora fra loro sull'esistenza
o meno del bosone di Higgs.
Colore
Proprietà posseduta da quark e gluoni. E' una sorta di carica
(triplice), analoga alla carica elettrica, che si pensa
essere la sorgente dell'interazione forte tra quark descritta
dalla cromodinamica quantistica.
Conservazione
dell'energia Principio assoluto secondo
cui in un sistema isolato, quali che siano le sue trasformazioni
interne, l'energia totale è costante nel tempo. I suoi limiti
di validità sono gli stessi della conservazione della quantità
di moto.
Decadimento
I quark, i leptoni e i bosoni, che sono le particelle della
teoria standard, hanno interazioni che permettono loro di
compiere transizioni l'uno nell'altro. Ogni volta che uno
di essi può trasformarsi in particelle più leggere, la transizione
avverrà con una certa probabilità, e noi diciamo che la
particella più pesante è instabile ed è decaduta in quelle
più leggere. Nella teoria standard il quark up, l'elettrone
e i neutrini non decadono; decadono invece gli altri fermioni
e le particelle W e Z.
Elettrone
Unità elementare di elettricità mobile della materia di
carica negativa, alla quale si attribuisce la carica relativa
-1.
Elettronegatività
Misura della capacità di un atomo di attrarre elettroni.
Elettronvolt
(eV) Unità
di misura per l'energia, definita come l'energia acquistata
da un elettrone accelerato da una differenza di potenziale
di un volt.
Energia
di ionizzazione Lavoro richiesto per
allontanare l'elettrone più esterno dall'atomo allo stato
gassoso che si trasforma in ione positivo.
Energia
di legame Quantità minima di energia
richiesta per separare due atomi in una molecola, ossia
l'energia necessaria per rompere il legame tra gli atomi.
Fermione
I fermioni sono particelle con spin semi intero. Essi hanno
proprietà diverse rispetto alle particelle con unità di
spin intera (i bosoni). Quark e leptoni, le particelle che
compongono la materia, sono fermioni. Caratteristica peculiare
di queste particelle è il fatto che ubbidiscono al principio
di esclusione di Pauli.
Feynman,
diagramma di
Le regole di qualsiasi teoria quantistica dei campi possono
essere formulate in modo tale che sia possibile disegnare
un insieme di diagrammi che rappresentino tutti i processi
che possono verificarsi, e assegnare una probabilità di
occorrenza al processo rappresentato da ogni diagramma.
Fissione
Processo secondo cui un nucleo pesante di un atomo si scompone
per dare origine a due nuclei più leggeri aventi una massa
totale leggermente inferiore rispetto al materiale di partenza.
Forza
Tutti i fenomeni che conosciamo in natura possono essere
descritti da quattro forze: gravitazionale, debole, elettromagnetica
e forte. Benché le forze debole ed elettromagnetica ci sembrino
diverse, possono essere descritte in un modo più fondamentale
come unificate in una forza (elettrodebole); ci sono prove
che ci sia un'unificazione simile di tale forza elettrodebole
con la forza forte. Il tentativo di unificare tutte le quattro
forze è un'area attiva di ricerca. Nella fisica delle particelle
le parole forza e interazione significano
essenzialmente la stessa cosa.
Forza
debole Una delle forze fondamentali della
natura. La sua manifestazione più nota è il decadimento
beta; è implicata in alcuni decadimenti di nuclei radioattivi
e nei processi neutrinici.
Forza
elettrodebole Le descrizioni della forza
elettromagnetica e della forza debole sono state unificate
in una descrizione singola, quella della forza elettrodebole.
La forza elettromagnetica e quella debole appaiono diverse
perché i bosoni W e Z che mediano la forza debole sono dotati
di massa, mentre il fotone che media la forza elettromagnetica
ne è privo; la descrizione teorica unificata elettrodebole
tratta tutti i bosoni nello stesso modo.
Forza
forte La forza dominante che agisce tra adroni;
per esempio, la forza che tiene uniti protoni e neutroni
nei nuclei. Oggi sappiamo che l'interazione tra adroni è
un residuo di quella, ancora più potente, che agisce tra
i quark all'interno degli adroni medesimi. La forza forte,
mediata dallo scambio di gluoni, è descritta dalla teoria
detta cromodinamica quantistica (QCD)
Fotone
E' la particella che compone la luce. Esso trasmette la
forza elettromagnetica.
Fusione
Processo secondo cui due nuclei di atomi leggeri si combinano
per produrre un unico nucleo più pesante avente massa totale
leggermente inferiore rispetto al materiale di partenza.
Gauge,
teoria di E'
una teoria quantistica dei campi nella quale le interazioni
hanno luogo fra particelle portatrici di cariche, con intensità
proporzionali alla grandezza delle cariche stesse, e sono
trasmesse da bosoni, che sono i quanti dei campi creati
dalle cariche.
Gluone
Ipotetico quanto responsabile della trasformazione di colore
dei Quark. Secondo le recenti scoperte sperimentali fatte
nel campo della fisica subnucleare le particelle che presentano
un'interazione forte, come per esempio i nucleoni, sono
costituite da combinazioni di quark. Questi sono tenuti
insieme da forze che vengono mediate da quanti (della cui
esistenza si hanno prove sperimentali indirette) detti appunto
gluoni, in analogia per esempio con i fotoni che
mediano le forze elettromagnetiche tra le particelle cariche.
Gluoni
come getto di adroni
La forza di colore o forza forte è così forte che particelle
dotate di colore (quark e gluoni), colpite o prodotte in
una collisione, possono separarsi da altre particelle dotate
di colore solo legandosi ad altre particelle colorate per
formare adroni privi di colore. Cos' un gluone o un quark
carico di energia diventa nel suo movimento uno stretto
(getto) di adroni, trasformando la sua energia nella massa
e nel moto di vari adroni. Un quark o un gluone appare in
un rivelatore come un getto composto di norma da cinque-quindici
adroni.
Gravitone
Particella elementare, nota anche con il nome di Tachione,
come quanto del campo gravitazionale. Secondo la teoria
della relatività generale di A. Einstein e la teoria quantistica
ogni massa accelerata emette un'onda gravitazionale e perciò
è sorgente di un campo di radiazioni: in accordo con la
teoria quantistica dei campi dovrebbe manifestarsi sotto
forma di particelle, i gravitoni, in analogia ai
fotoni del campo elettromagnetico. Esse dovrebbero avere
spin pari a 2, carica e massa nulla e quindi bosoni. Sperimentalmente
la radiazione gravitazionale non è stata ancora osservata,
perché il processo d'interazione tra materia e radiazione
gravitazionale è debolissimo (circa 10-39 volte
la forza coulombiana) ed è quindi molto difficile porlo
in evidenza.
Heisenberg,
relazione di; indeterminazione di In
meccanica quantistica la posizione x e la quantità di moto
p di una particella non possono avere simultaneamente valori
ben definiti. L'infeterminazione (o dispersione statistica)
dei valori di queste grandezze soddisfano la relazione DxDp
> h/2.
Hund,
principio di Gli elettroni in uno
stesso sottolivello tendono a occupare il numero massimo
di orbitali disponibili ottenendo così il massimo della
stabilità.
Interazione Si ha, tra due oggetti, interazione, se essi
s'influenzano reciprocamente (ad esempio mediante forze).
Isotopi
Gli isotopi di uno stesso atomo sono atomi che hanno
lo stesso numero di protoni ed elettroni, ma diverso numero
di neutroni.
Legame
chimico
Forza che tiene uniti due atomi in una molecola.
Legame
covalente Legame tra atomi uguali o
diversi formato da una coppia di elettroni condivisi forniti
da entrambi gli atomi.
Legame
dativo Legame covalente tra due atomi
formato da una coppia condivisa di elettroni provenienti
entrambi da uno dei due atomi.
Legame
ionico
Legame tra atomi che formano ioni per il trasferimento degli
elettroni da un atomo all'altro. Gli ioni sono tenuti insieme
dall'attrazione elettrostatica.
Leptone
I leptoni sono una classe di particelle definite da certe
proprietà: sono fermioni, con spin semi intero, e non hanno
carica di colore; hanno inoltre un'altra proprietà, il cosiddetto
numero leptonico, che è diverso per ogni famiglia. I leptoni
noti sono l'elettrone, il muone, il tauone e i loro rispettivi
neutrini.
Libertà
asintotica In generale, tra i quark
si esercitano intense forze cromodinamiche dovute allo scambio
di gluoni. La libertà asintotica è il principio secondo
il quale queste forze diventano tanto più deboli quanto
più i quark sono vicini, per cui a distanze molto piccole
diventano quasi . Nelle collisioni ad alta energia, in effetti,
i quark possono avvicinarsi molto, e grazie alla libertà
asintotica non è difficile calcolarne il comportamento.
Livello
energetico
Energia potenziale che corrisponde a una determinata posizione
dell'elettrone nell'atomo.
Massa
atomica
Massa relativa dell'atomo di un elemento riferita all'U.M.A.
Massa
molecolare Massa relativa della molecola
di un elemento riferita all'U.M.A.
Materia
Possiamo definire con tale vocabolo tutto ciò che costituisce
i corpi, ovvero la sostanza fisica che, assumendo forme
diverse nello spazio, si manifesta ai nostri sensi.
Mesone Particella costituita da un quark e un antiquark.
Modello
atomico Maniera intuitiva di immaginare
l'atomo per cercare di interpretare in modo semplice i fenomeni
ad esso correlati.
Mole
Quantità di sostanza che contiene tante entità elementari
quanti sono gli atomi presenti in 12 g di 12C.
Muone Un leptone carico, simile all'elettrone ma appartenente
alla seconda generazione di particelle. Un muone decade,
formando un elettrone e un paio di neutrini, entro un milionesimo
di secondo circa. I muoni hanno origine in collisioni negli
acceleratori, nel decadimento di altre particelle prodotte
negli acceleratori e nelle collisioni delle particelle dei
raggi cosmici.
Neutrino
Leptone elettricamente neutro e privo di massa. Ce ne sono
tre varietà, una per ciascuna generazione di particelle,
associate all'elettrone, al muone e al leptone tau. Le uniche
interazioni alle quali prende parte sono quelle deboli.
Neutrone
Vedi Adrone. Un neutrone libero ha una durata di vita di
circa 15 minuti, dopo di che decade in un protone, un elettrone
e un antineutrino; quando i neutroni sono legati in nuclei
il decadimento non è più possibile a causa di sottili effetti
spiegati dalla teoria quantistica, cosicché all'interno
dei nuclei i neutroni sono stabili come i protoni.
Numero
atomico Numero di protoni presenti
nel nucleo di un atomo; si identifica con la lettera Z.
Numero
barionico Quantità assegnata a tutte
le p.
Numero
di massa
Numero di protoni e neutroni presenti nel nucleo di un atomo;
si identifica con la lettera A.
Numero
leptonico Numero quantico associato
alle particelle elementari che vale 1 per i leptoni, -1
per gli anti-leptoni, 0 per tutte le altre particelle.
Numeri
quantici Parametri numerici che servono
per descrivere in termini fisici l'orbitale atomico e ne
indicano la dimensione, la forma e l'orientamento.
Nucleone
Termine usato per indicare neutroni e protoni. Spesso si
considerano il neutrone ed il protone come gli enti corrispondenti
a due stati distinti di un'unica particella, il nucleone.
Ciò deriva dal fatto che nel nucleo i due adroni si trasformano
l'uno nell'altro in processi che sono accompagnati da emissione
o da assorbimento di mesoni.
Orbitale
Regione dello spazio attorno al nucleo di un atomo, nella
quale vi è una elevata probabilità di trovare l'elettrone.
Pauli,
principio di esclusione di
Due elettroni possono coesistere sullo stesso orbitale
solo se dotati di spin opposti.
Positrone
Il positrone è una particella elementare, con spin e massa
uguali all'elettrone, da cui differisce avendo carica positiva.
Per questi motivi, il positrone è l'antiparticella dell'elettrone
e può quindi essere definito anche antielettrone.
Il positrone, ipotizzato da Dirac nel 1930, fu osservato
per la prima volta da Anderson nei raggi cosmici nel 1932.
E', come l'elettrone, una particella stabile, ma può anche
essere presente nella materia per breve tempo, in quanto
collidendo con l'elettrone stesso annichilisce con esso
emettendo fotoni.
Protone Unità di carica positiva a cui è attribuita
la carica relativa +1
Quanto
La più piccola porzione di energia che può essere ottenuta
dalla suddivisione della stessa.
Radioattività
Proprietà, manifestata da parte di elementi costituiti da
atomi con nuclei instabili, di emettere spontaneamente radiazioni.
Spin
Momento angolare intrinseco dovuto alla rotazione dell'elettrone
o di ogni altra particella su se stessa.
Tachione
Vedi gravitone.
Tauone
E' il leptone carico di massa più elevata, circa 1,78 GeV.
Decade con una vita media di 10-12 s. Ad esso
è associato i neutrino tauonico, le cui proprietà sono sperimentalmente
poco note.
Temperatura
assoluta Temperatura misurata sulla
scala Kelvin (t K= t °C-273,16)
Tempo
do decadimento Tempo che impiega una
particella instabile a trasformarsi in una particella stabile.
Tempo
di dimezzamento Tempo impiegato dalla
metà di una data quantità di nuclei radioattivi per disintegrarsi,
ovvero lasso di tempo impiegato dalla radioattività di una
sostanza per ridursi alla metà del suo valore iniziale.
Unità
di massa atomica
Unità di massa prescelta per il calcolo della massa relativa
di atomi e molecole. L'u.m.a. prescelta è la dodicesima
parte dell'atomo di 12C e corrisponde a 1,66·10-27
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