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La Fisica delle particelle elementari

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La Fisica delle particelle elementari

CONCLUSIONI

Oltre a indicare la via per una possibile unificazione, il modello standard, comprendente la QCD e la teoria elettrodebole, ha sollevato problemi delicati per gli acceleratori di oggi e di domani. Tra i molti obiettivi dei dispositivi attuali vi è il tentativo di verificare con maggiori particolari le previsioni della QCD. Nei prossimi anni gli acceleratori con le energie più elevate, necessarie per produrre in numero adeguato i bosoni pesanti W e Z0 , forniranno ulteriori informazioni sulla teoria elettrodebole. Sarebbe da presuntuosi affermare che queste indagini non riserveranno alcuna sorpresa. La coerenza  e i successi sperimentali del modello standard alle energie attuali fanno pensare però che, per risolvere i problemi fondamentali, dobbiamo compiere un grande passo avanti nell'energia di interazione rispetto alle diverse centinaia di GeV (miliardi di elettronvolt) ottenibili negli acceleratori più potenti oggi in funzione.

Pur essendo decisamente privo di incoerenza, il modello standard è incompleto, tanto da farci auspicare ulteriori spiegazioni. il modello non spiega lo schema delle masse dei quark e dei leptoni e nemmeno il fatto che, pur rispettando gli ambiti familiari, le transizioni deboli talvolta li attraversano. Rimane da chiarire il problema stesso delle famiglie. Perché dovrebbero esistere tre insiemi corrispondenti di quark e di leptoni? Ve ne potrebbero essere di più?

Per precisare completamente il modello standard sono necessari venti o più parametri, costanti non previste dalla teoria: tra essi le intensità di accoppiamento delle interazioni forte, debole ed elettromagnetica, le masse dei quark e dei leptoni e altri parametri che caratterizzano le interazioni del bosone di Higgs. Inoltre i costituenti apparentemente fondamentali e i portatori di forza ammontano al almeno 37: 18 quark (sei sapori, ciascuno dei quali a tre colori), sei leptoni, il fotone, otto gluoni, tre bosoni intermedi e l'ipotetico bosone di Higgs. Per quanto concerne la semplicità, il modello standard non pare presentare alcun progresso rispetto alla antica visione della materia costituita da terra, acqua, aria e fuoco, interagenti tramite l'amicizia e il dissidio. Incoraggiati dai precedenti storici, molti fisici spiegano la diversità supponendo che queste particelle apparentemente fondamentali siano costituite da varie combinazioni di particelle ancora più piccole.

 

LE PARTICELLE FERMIONICHE

 

Quark

 

Leptoni

 

I BOSONI VETTORI

Forza elettrodebole

 

Forza forte

 

Gravità

Il modello standard della fisica delle particelle comprende sei quark colorati e sei leptoni incolori, che sono assoggettati alle forze di natura trasportate da dodici bosoni di gauge, scoperti sperimentalmente, e da un gravitone, soltanto ipotizzato. I gluoni portano ognuno un colore, il blu per esempio, e un anticolore, per esempio l'antirosso (che nell'illustrazione risulta rosso). Anche se dovrebbero esserci tre gluoni bianchi, perché il rosso e l'antirosso, per esempio, si cancellano, uno dei bianchi è matematicamente superfluo, e quindi abbiamo otto gluoni invece di nove. 

 

Vi sono altri due punti critici nei quali il modello standard pare fallire. Né le teorie separate della interazione forte e della interazione elettrodebole né l'ipotetica unificazione delle due prendono in considerazione la gravità. Che la gravità si possa descrivere in una teoria quantistica e unificare con le altre forze fondamentali rimane un problema aperto. Un'altra lacuna fondamentale del modello standard riguarda il bosone di Higgs. La teoria elettrodebole richiede l'esistenza del bosone di Higgs, ma non definisce esattamente come debba interagire questa particella con le altre particelle e nemmeno quale debba essere la sua massa, se non in termini molto ampi.


a cura di Pio Passalacqua 

Felix qui potuit rerum

cognoscere causas

 

Problemi aperti nella Fisica delle Particelle Elementari  di Luciano Maiani 

 

   La frontiera delle alte energie   (11/2001) di Luciano Maiani 

 

 


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