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La Fisica delle particelle elementari

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La Fisica delle particelle elementari

I COLORI

Per spiegare alcune combinazioni osservate, è necessario supporre che i tre quark, altrimenti identici, siano contraddistinti da un'altra caratteristica: un nuovo tipo di carica, bizzarramente chiamata colore, sulla quale agisce la forza forte. Ciascun sapore di quark può portare uno dei tre tipi di colore: rosso, verde o blu. A un quark rosso corrisponde un antiquark avente una carica di colore antirosso (che è uguale al cyan, un blu verdastro); altri antiquark portano cariche antiverde (magenta) e antiblu (giallo).

L'analogia tra questo nuovo tipo di carica e il colore rende possibile enunciare le regole secondo le quali si combinano i quark. Gli adroni non presentano una carica di colore; pertanto la somma dei colori dei quark componenti deve essere bianco o assenza di colore. Così le sole combinazioni consentite sono quelle di un quark e del suo antiquark, che danno origine ai mesoni, e di un quark rosso, un quark verde e un quark blu che danno origine ai barioni.

 

I barioni, come i protoni e i neutroni, sono fatti di tre quark, ognuno con un colore diverso. I mesoni sono fatti di un quark di un colore e di un antiquark del suo <anticolore>

 

Gli stati di colore non appaiono mai isolati. Questa scoperta è in accordo con il fatto che i quark liberi, che portano una singola carica di colore, non sono mai stati osservati. L'azione della forza forte tra i quark colorati deve essere straordinariamente potente,  forse abbastanza potente da confinare in permanenza i quark all'interno di adroni incolori. Tuttavia, la descrizione delle violente collisioni tra elettroni e positroni secondo il modello a quark ipotizza che i quark che danno origine ai getti di adroni osservati divergano liberamente nell'istante immediatamente successivo alla collisione. L'evidente indipendenza dei quark a distanze molto brevi viene chiamata libertà asintotica ed è stata descritta nel 1973 da David J. Gross e Frank Wilczek della Princeton University e da B. David Politzer, allora alla Harvard University.

David Politzer della università Harvard (presso Boston). Fu in primo piano nello sviluppo della "teoria di gauge" della forza colorata, dimostrando che ne conseguiva libertà a piccole distanze per i quark.

 

L'analogia porta a una comprensione operativa di questo stato di cose paradossale nel quale i quark interagiscono soltanto debolmente quando sono vicinissimi, eppure non si possono separare. Possiamo pensare a un adrone come a una bolla nel cui interno sono imprigionati i quark. All'interno della bolla i quark si muovono liberamente, ma non possono sfuggire. Le bolle sono ovviamente soltanto una metafora per spiegare il comportamento dinamico della forza tra i quark e una più completa spiegazione di ciò che sappiamo sul confinamento dei quark può aversi solo da un esame delle forze attraverso le quali le particelle interagiscono.


a cura di Pio Passalacqua