Antiparticella del protone scoperta dal fisico italiano Emilio Segrè nel 1955
all'università di California (Berkeley), bombardando un bersaglio metallico con protoni
da 6,2 Gev prodotti da un sincrotrone.
Ha una carica elettrica negativa uguale,in modulo ,a quella del protone ed una massa
uguale a quella protonica.
Particella fondamentale scoperta nel 1897 dal fisico inglese Joseph John Thomson
(premio Nobel per la Fisica 1906) attraverso esperimenti sulla scarica elettrica nei gas
rarefatti.
Thomson,studiando gli effetti combinati di campi elettrici e magnetici sui raggi catodici,
cioè sugli elettroni,riuscì a determinare il rapporto e/m tra la carica elettrica e e la
massa m dell'elettrone.
La misura della carica elettrica (negativa) posseduta dall'elettrone,
( e = 1,6 x 10-19 C) fu effettuata nel 1909 dal fisico statunitense Millikan in
una serie di delicatissime esperienze effettuate con microscopiche gocce d'olio
elettrizzate con raggi X. L'elettrone è soggetto alle interazioni deboli ed
elettromagnetiche.
Quanto (quantum) di energia elettromagnetica E=hf,
dove h è la costante universale di Planck ed f è la frequenza dell'onda elettromagnetica, introdotto
nell'ambito della primitiva teoria dei quanta,da Albert Einstein per spiegare l'effetto
fotoelettrico,che consiste nell'emissione di elettroni da parte di un metallo colpito
dalla radiazione luminosa .
Nell'ambito dell'elettrodinamica quantistica (Dirac ,1928),che si basa sull'applicazione
della teoria della relatività speciale alla meccanica quantistica, per descrivere il
comportamento delle particelle cariche, la forza attrattiva o repulsiva tra due cariche
elettriche è generata dallo scambio di un fotone, cioè di un pacchetto di energia
elettromagnetica generato violando il principio di conservazione dell'energia, in quanto
un sistema avente un'energia totale pari all'energia associata alla massa a riposo
complessiva delle particelle, si trasforma in un sistema avente un'energia totale
maggiore, tenendo conto della generazione di un fotone con energia E
= hf.
Perciò il fotone deve essere un fotone virtuale, affinchè non sia rivelabile la
violazione della legge di conservazione dell' energia . I fotoni associati alla radiazione
luminosa (o X o g ), hanno massa a riposo nulla e si muovono
alla velocità della luce,trasportando energia e quantità di moto.
Appartengono alla famiglia dei vettori di forza e sono dei bosoni,in quanto dotati di spin
pari a 1.
Particelle di massa maggiore di quella dell'elettrone, appartenenti alla famiglia degli
adroni,in quanto sono soggetti sia all'interazione forte che a quella elettro-debole.
L'ipotesi dell'esistenza di una particella di massa intorno a 200 volte quella elettronica
fu avanzata nel 1935 dal fisico giapponese Yukawa,per fornire una spiegazione
dell'interazione forte tra due nucleoni (protone e neutrone) nei nuclei atomici.
Per analogia con l'interpretazione dell'interazione elettromagnetica tra due particelle
cariche,fornita dalla teoria dell'elettrodinamica quantistica e basata sullo scambio di un
fotone (quanto di energia elettromagnetica),Yukawa ipotizzò lo scambio di un mesone (p) tra due neutroni (mesone neutro) o tra un neutrone ed un protone
(mesone carico), ammettendo una violazione del principio di conservazione della massa e
dell'energia per un intervallo di tempo compatibile con il principio d'indeterminazione di
Heisemberg.
Una delle formulazioni di detto principio equivale infatti ad affermare che ,quanto
maggiore sia l'errore sperimentale DE
associato alla misura dell'energia di una particella,tanto minore debba essere la durata Dt della misura,con legge di proporzionalità inversa : DE . Dt ~= h/(2p). Pertanto, essendo DE = mc2 l'energia relativistica associata alla
massa m del mesone virtuale creato ed R = c .Dt
il raggio d'azione stimato (range) delle forze nucleari (~ 2.10-13 cm),si ha: mc2 .(R/c) ~= h/(2p);
m ~= h/(2pRc) ~= 193
masse elettroniche.
Una particella con massa intorno a 200 volte la massa dell'elettrone fu scoperta nel 1938
da Anderson e Neddermeyer studiando gli sciami delle particelle secondarie prodotte dai
raggi cosmici.
Erroneamente tale particella fu identificata con la particella di Yukawa fino al
1947,quando Powell ed Occhialini scoprirono il vero mesone p ,che fa parte della
radiazione cosmica e decade producendo il "mesone" di Anderson e Neddermeyer ed
un neutrino.
Dal 1947 si sa che il mesone p,che è soggetto
all'interazione forte e determina le interazioni tra nucleoni, ha una massa pari a circa
270 masse elettroniche, ed è ben distinto,essendo un adrone, dal "mesone"
scoperto nel 1938, il quale appartieneinvece alla famiglia dei leptoni,soggetti
all'interazione elettrodebole.
Allo pseudomesone di Anderson è stato dato il nome di muone (m). Dopo il 1947 furono scoperti nella radiazione cosmica altri
mesoni,sia carichi che neutri, i mesoni K, detti kaoni, con masse intorno a 960 masse
elettroniche.
I kaoni ,poichè evidenziano delle anomalie connesse alle varie modalità di decadimento
in particelle meno pesanti,vengono definiti kaoni strani,cioè dotati di una nuova
categoria tipica del mondo delle particelle subnucleari: la stranezza.
Particella fondamentale la cui esistenza fu ipotizzata nel 1933 dal fisico svizzero
Wolfgang Pauli per spiegare la variabilità dell'energia cinetica degli elettroni emessi
dai nuclei soggetti al decadimento radioattivo di tipo b.
Pauli postulò l'esistenza di una particella priva sia di massa che di carica elettrica,
che possa rendere conto del fatto che gli elettroni emessi sono caratterizzati da energie
cinetiche comprese tra zero ed un valore massimo.
Ammettendo l'esistenza del neutrino si giustifica per il decadimento b
la validità dei principi di conservazione dell'energia e della quantità di moto:
infatti,se si postula che i neutrini vengano emessi con velocità opposte a quelle degli
elettroni e con energie cinetiche tali che sommate a quelle degli elettroni diano una
somma costante, si giustificano immediatamente le modalità osservate sperimentalmente per
il decadimento b.
Essendo ritenuta nulla la massa dei neutrini, si deve ammettere che essi si muovano con la
velocità della luce,come i fotoni.
Esistono tre tipi di neutrini con le rispettive antiparticelle,associati rispettivamente
all'elettrone,al muone ed al leptone t.
I neutrini appartengono alla famiglia dei leptoni e sono soggetti alla sola interazione
debole.
Particella scoperta dal fisico inglese Chadwick nel 1932,il quale fornì una nuova
interpretazione degli esperimenti effettuati da Bothe e Becker (1930) e dai coniugi
francesi Joliot - Curie (1932) bombardando bersagli di boro e di berillio con le
particelle a (nuclei di elio) emesse dal radio.
Le prove teorico-sperimentali prodotte da Chadwick evidenziarono la presenza del neutrone
nei nuclei atomici, che anteriormente al 1932 si riteneva fossero costituiti da protoni ed
elettroni.
Il neutrone è privo di carica elettrica ed ha una massa circa uguale a quella del
protone.
Appartiene alla famiglia degli adroni ed è soggetto pertanto sia alle interazioni forti
che a quelle deboli ed elettromagnetiche.
Il neutrone ed il protone vengono entrambi definiti nucleoni, in quanto costituiscono i
nuclei atomici.
Antiparticella dell'elettrone (elettrone positivo),scoperta nel 1932 dal fisico
statunitense Anderson e successivamente (1933) dai fisici Blackett (inglese) ed
Occhialini.
La scoperta del positrone ,la prima antiparticella identificata sperimentalmente a seguito
della formulazione della meccanica quantistica relativistica da parte del fisico inglese
Dirac (1928), fu effettuata studiando con camere a nebbia (di Wilson), in presenza di un
campo magnetico,le coppie elettrone-positrone (particella-antiparticella) generate in
placchette bersaglio,di piombo, da fotoni gamma presenti nei raggi cosmici.
Furono osservate per la prima volta traiettorie circolari specularmente simmetriche (con
opposti raggi di curvatura), descritte in un campo magnetico da coppie di particelle di
uguale massa e carica elettrica opposta. Il positrone è soggetto alle interazioni deboli
ed elettromagnetiche (interazioni elettrodeboli) e fa parte della prima famiglia dei
leptoni.
Particella ritenuta elementare fino a trent'anni fa, quando si ottennero nei laboratori
internazionali di fisica delle alte energie,europei e statunitensi, le prime conferme
sperimentali della validità del modello teorico a quark proposto nel 1964 dal fisico
statunitense Gell Mann.
Il protone ,che costituisce il nucleo dell'atomo di idrogeno,ha una carica elettrica
positiva uguale,in modulo, a quelladell'elettrone, ed una massa circa 1840 volte maggiore
di quella elettronica .
Il protone appartiene alla famiglia degli adroni ed è soggetto pertanto sia alle
interazioni forti che a quelle deboli ed elettromagnetiche.
