Quark: c’è un problema

la colla che ci tiene insieme

Ci siamo occupati di recente di particelle composte da quattro e cinque quark.
I quark come sappiamo sono quelle particelle che danno origine ai protoni e neutroni. Ma c’è un problema non di poco conto.
Andiamo a scoprire di che si tratta.

A livello delle particelle fondamentali, i quark sono i mattoni fondamentali che compongono la materia. La materia che forma il nostro mondo è composta da queste particelle chiamate quark, che sono tenute insieme da altre particelle «collose» denominate gluoni, dal termine inglese ‘glue’, colla, proprio per questo motivo.

I fisici hanno fatto enormi passi avanti nel capire il funzionamento di quark e gluoni, ma ci sono ancora molti problemi aperti. Non è chiaro come quark e gluoni contribuiscano alla massa e allo spin di protoni e neutroni negli atomi, per esempio. Inoltre quark e gluoni sono dotati di una «carica di colore», (una specie di caratteristica a cambiare pelle), definita dalla cromodinamica quantistica, mentre protoni e neutroni sono privi di colore.
Esperimenti futuri, che mostreranno con un dettaglio mai raggiunto prima i costituenti della materia, potranno aiutarci a capire meglio il modo in cui interagiscono quark e gluoni.

La massa dei quark.
Ai fisici è abbastanza chiaro come viene conferita la massa ai quark.
Il meccanismo si fonda sul bosone di Higgs, la particella scoperta dal Large Hadron Collider di Ginevra nel 2012, e sul suo campo, una specie di nuvola di queste particelle che riempie tutto la spazio. Quando una particella passa per questo campo le sue interazioni con esso la dotano di massa.
Per questo si dice che il meccanismo di Higgs spiega l’origine della massa dell’universo.

Questa affermazione tuttavia non è corretta: la massa  dei quark contribuisce solo al 2% della massa del protone e quella del neutrone. Un bel problema.
Si pensa che il restante 98% derivi in buona misura dall’azione dei gluoni. Ma come i gluoni contribuiscono a generare la massa dei protoni e neutroni non è chiaro, visto che di per sé i gluoni non hanno massa.

Un indizio a risolvere questo rompicapo è fornito dalla famosa formula di Einstein che collega la massa a riposo con la sua energia:
E0=m0c2

Se infatti la scriviamo nella formula
m0 = E/c2
si può dire che la massa a riposo (m0) del protone derivi dalla sua energia espressa in unità corrispondenti alla velocità della luce al quadrato (c2).
Dato che l’energia di un protone è data principalmente dai gluoni, in teoria basta determinare l’energia dei gluoni per trovare la massa del protone.

Ma ecco il problema.
Quark e gluoni che compongono il protone non sono praticamente mai isolati.
Sopravvivono come particelle libere solo in tempi impensabilmente brevi (3×10-24 secondi) prima di legarsi e formare altre particelle subatomiche e risultare letteralmente nascosti alla vista.
Inoltre l’energia dei gluoni non viene solo dal movimento, è inseparabile dall’energia che spendono per legarsi loro stessi e con i quark.

Risolvere quindi il mistero della massa mancante è impresa ardua, e richiede una maggiore comprensione di come si legano i quark con i gluoni.

Insomma – mi dice il mio cane con una risatina che teneva gli occhi chiusi, ma ascoltava – a quanto pare sono questi gluoni a mettere i bastoni tra le ruote agli scienziati nella risoluzione del problema.

E già!


 

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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8 risposte a Quark: c’è un problema

  1. Rebecca Antolini ha detto:

    Sapevo che “il mondo di quark” si tratta della natura e scienza.. ma non sapevo che il termine quark e cosi complicato (ho capito un bel niente) … la parola quark in tedesco significa: … il quark e un formaggio fresco… anche la rana si esprime con un quark😀 (in tedesco quark significa il verso della rana o il rospo) … abbi una buona giornata cara Silvano.. come sta il tuo nipotino?

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    • bruce ha detto:

      Ah ah ah sei troppo forte Rebecca.
      Non sapevo che le rane tedesche facessero … “quark”, qui da noi fanno … “craaaaa … craaaa”. Vedi quant’è importante conoscere le lingue?
      Sempre impegnato con il nipotino, casa, parco giochi, giostre, bicicletta, piscina. Se non fosse che ogni tanto mi manda in tilt il computer volendo scrivere il suo nome battendo sui tasti e butta tutto per terra tutto ciò che gli capita sotto le sue manine.🙂
      Per quanto riguarda i quark, beh, gli scienziati hanno un bel da fare nel capire come sunziona la materia. Bleffi mi domanda se mai ci riusciranno.
      Ciao cara.

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      • Rebecca Antolini ha detto:

        cra cra lo fa il corvo da noi😀 … quando ci sei una volta a Verona mi fai sapere e io ti faccio la torta del quark😛 tanti bussi al nipotino e a Bleff… a te una carezza😉

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      • MARGHIAN ha detto:

        “Non sapevo che le rane tedesche facessero … “quark”. Bruce, con questa battuta mi ricordi mio padre, che da militare senti’ il gallo cantare con il solito famoso verso – universale- tipico del gallo (si trovava in quel di Udine) e disse all’amico e paesano: ‘tendi, unu caboni sardu!”-“senti, un gallo sardo!”🙂

        Il gluone non ha massa? Creevo ce l’avesse… facile fare confusione, magari confondevo con il mesone (anche se so bene che i gluoni sono la “colla”, ossia le particelle che legano fra loro le triple di quark (protoni e neutroni), ed agiscono anche per il tetraquark ed il pentaquark, e sapendo anche che il mesone e’ composto di due quark eccetera. Ciao.

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  2. Pingback: Gluoni | Bruce

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