Scienza

2. Il Viaggio ininterrotto alla ricerca dei
costituenti ultimi della materia
• Nel lontano V secolo a. C: la 1° teoria atomica di Democrito:
la materia è composta da invisibili particelle eterne e
incomprimibili.
• 1800 :Teoria atomica di John Dalton: gli atomi sono i
costituenti ultimi della materia, privi di qualsiasi struttura
interna.
• Fine 1800 : I francesi Pierre e Marie Curie scoprono la
radioattività, che dimostra che l’atomo non è indivisibile, ma
contiene particelle più piccole e dotate di carica elettrica.
• 1897:Joseph John Thomson, facendo esperimenti con i tubi
catodici, aveva scoperto gli elettronil, proponendo una
originale struttura interna dell’atomo: una sorta di
«panettone» sferico, fatto di una sostanza dotata di carica
elettrica positiva, al cui interno sono distribuiti «canditi»
corrispondenti agli elettroni.

3. • Nel 1900 Marx Plank quantizza la radiazione
elettromagnetica;
• Nel 1905 Albert Einstein applica la scoperta di
Planck e, grazie alle ricerche sull’effetto
fotoelettrico, scopre il Fotone. E’ una certezza la
luce oltre ad avere natura ondulatoria ha, altresì,
natura corpuscolare: è la nascita della meccanica
quantistica.
• Nel 1911 Ernest Rutherford scopre il Protone,
per cui propone un nuovo modello dell’atomo
definito “planetario”:
* la carica elettrica positiva è concentrata in un
nucleo centrale piccolissimo.
* gli elettroni orbitano intorno al nucleo, come i
pianeti intorno al Sole, gli atomi quindi sono quasi
del tutto vuoti.

4. Nel modello di Rutherford però c’è
un problema: il moto degli elettroni
è accelerato, perché la direzione
della loro velocità cambia mentre
orbitano intorno al nucleo. Secondo
le leggi della fisica tradizionale, una
particella carica accelerata perde
energia: gli elettroni perciò
cadrebbero sul nucleo in un tempo
brevissimo, e gli atomi sarebbero
instabili.

5. Nel 1913 il fisico danese Niels Bohr propone
allora due nuove ipotesi:
• nell’atomo gli elettroni possono muoversi
soltanto su orbite che si trovano a particolari
distanze dal nucleo;
• su ciascun’orbita l’elettrone ha una
particolare energia, che resta sempre
costante nonostante il moto sia accelerato.
Nel modello di Bohr il raggio e l’energia delle
orbite degli elettroni sono grandezze
quantizzate: invece di variare con continuità,
cioè, possono assumere soltanto alcuni
valori.
Per quanto strano possa apparire, questo
modello è stato confermato da moltissimi
esperimenti ed è il fondamento della teoria
quantistica, la migliore descrizione che oggi
abbiamo del mondo subatomico.
Su di essa, in particolare, si basa il
funzionamento di tutte le apparecchiature
elettroniche che usiamo ogni giorno

7. La materia ordinaria
Ossia quella materia che manipoliamo ogni giorno, in
sintesi, è composta da atomi :
• Ne esistono circa 90 tipi diversi, che differiscono
per il numero di protoni.
• Gli atomi, allo stato elementare, sono formati da
nuclei che contengono neutroni (privi di carica) e
protoni ( con carica positiva), mentre intorno al
nucleo girano gli elettroni (con carica negativa)che
sono tanti quanti sono i protoni.
• Il numero di protoni presente nel nucleo definisce
l’elemento ed è la sua carta d’identità.
• Il numero di neutroni in un nucleo è circa uguale al
numero di protoni ma può anche essere un poco
più grande o un poco più piccolo.
• Il numero di neutroni è l’unica differenza che ci
può essere tra un atomo e un altro di uno stesso
elemento (due atomi con uguale numero di
protoni ma non di neutroni si chiamano “isotopi”).

8. E …………….La materia straordinaria
• Oltre ai protoni, neutroni ed elettroni, esistono
altri tipi di particelle che viaggiano attraverso
l’universo a gran velocità e che posseggono
enormi energie.
• Sono le astroparticelle o raggi cosmici:
• Oggi sappiamo che i raggi cosmici che viaggiano
nello spazio sono composti prevalentemente da
• particelle primarie ossia protoni per il 90%,
neutrini, elettroni, nucleoni di varia natura e
fotoni ad alta frequenza.
• Poichè queste particelle hanno tutte una grande
energia, quando collidono con gli atomi che
compongono l'atmosfera, (fatta eccezione per i
neutrini che hanno un bassa interazione con la
materia) formano uno sciame di particelle
secondarie che raggiungono il suolo terrestre,
queste particelle sono composte
prevalentemente di elettroni, muoni e pioni.

10. La scoperta delle astroparticelle
- Agli inizi del XX secolo, gli scienziati
impiegarono circa un decennio per risolvere
l’enigma della provenienza della radioattività
naturale esistente sulla terra.
Essa fu tra le imprese più emozionanti della
storia della scienza, che portò alla scoperta di
quelle radiazioni allora definite “ raggi cosmici”
ma che oggi sappiamo che, per la maggior
parte sono formate da particelle sub-atomiche,
piuttosto che da radiazioni elettromagnatiche.

11. Nel 1907 Padre Theodore Wulf perfeziona
l’elettrometro, un apparato strumentale stabile,
resistente agli urti e alle vibrazioni, per misurare la
radiazione naturale terrestre.
Era già noto che il segnale dovuto alla radioattività
decresce in modo esponenziale quando ci si
allontana dalla sorgente di radiazione.
Nel 1910 Padre Wulf prova la strumentazione a
Parigi sulla Tour Eiffel, a 300 metri di distanza al
suolo: a dispetto di quanto atteso, trova che il
segnale diminuisce molto meno del previsto
.Nel giugno 1911 l’idea geniale: confrontare la
radioattività alla superficie del mare con quella
misurata sott’acqua (è l’inizio della fisica
sottomarina). Se parte della radioattività non viene
dalla Terra, dev’essere assorbita in profondità: sarà
quindi minore nelle profondità marine- a 3 metri di
profondità a Livorno (e poi in ottobre a Bracciano)
Pacini riscontra, in accordo con la sua ipotesi, una
riduzione del 20% della radioattività.
Nel febbraio 1912 DOMENCO PACINI scrive sul
Nuovo Cimento che esiste “una sensibile causa
ionizzante, con radiazioni penetranti, indipendente
dall’azione diretta delle sostanze radioattive del
terreno.”
E’ la scoperta dei raggi cosmici.

12. • Nel 1912 ,durante la campagna di voli con
palloni aerostatici nel 1912, Victor Hess trovò
inoltre che:
• il segnale di ionizzazione (e quindi l’intensità
della radiazione) aveva valori molto simili sia
durante il giorno che durante la notte, non
diminuiva sensibilmente nel caso di eclissi
solare (volo del 12 aprile). Pertanto, concluse
che :
• il Sole non poteva essere la sorgente primaria
della “misteriosa radiazione”,
• la radiazione dovesse giungere dallo spazio
esterno più lontano del Sole.
• E’ la scoperta della “Höhenstrahlung” ossia la
“radiazione proveniente dall’alto”
• Victor Hess venne in seguito riconosciuto
quale “padre ufficiale della fisica dei raggi
cosmici”
• Nobel Prize 1936

13. • Nel 1932, durante questi studi sui raggi cosmici, utilizzando
una camera a nebbia (accoppiata da un forte campo
magnetico) e ponendo al suo interno una lastra di piombo
Carl Anderson osserva tracce di particelle con curvatura
opposta a quella lasciata dagli elettroni (la direzione della
traccia è determinata dall’energia persa dalla particella
nell’attraversare la lastra di piombo).
• E’ la scoperta del “positrone”
• ossia l’antielettrone, la particella identica all’elettrone ma con
carica positiva.
• Non è solo un problema di carica elettrica opposta, perché
quando una particella e la sua antiparticella si incontrano, si
“annichilano” cioè si distruggono, scompaiono emettendo
energia.
• Nel 1938 per i suoi studi sui nuclei atomici cercava di capire
come mai alcuni di loro emettevano radiazioni e particelle
elementari sia spontaneamente, sia dopo che li avevamo
bombardati con dei neutroni.

14. i nuclei emettono nuove particelle : e’ la
scoperta del neutrino. E’ il più leggero
tra le particelle, senza carica elettrica, è
quasi impossibile vederlo. Quello che si
vede sono le tracce che lasciano
passando negli apparecchi sperimentali e
queste tracce sono dovute alle
interazioni con le altre1937:
I primi rivelatori di particelle si
chiamavano “camere a nebbia” perché il
passaggio di una particella carica faceva
condensare la nebbia contenuta in una
scatola proprio lungo la sua traiettoria.
Ma una particella piccolissima e senza
carica come il neutrino non interagisce
praticamente con niente: potrebbe
tranquillamente attraversare la Terra da
parte a parte senza rivelare la sua
presenza.
Ci si accorge di lui perché mancava
dell’energia. Dentro alcuni nuclei atomici
avviene una cosa molto importante, che
è anche alla base del funzionamento
delle stelle: un protone si trasforma in
neutrone. Nel fare ciò viene emesso un
positrone, ma non basta, perché durante
questa reazione scompariva dell’energia,
come se qualcuno se la portasse via.
Il muone, o leptone mu (Neddermeyer+)
1947: Il pione (o mesone p), il primo mesone, scoperto da Lattes, Occhialini &
Powell (previsto da Yukawa nel 1935)
1947: Il kaone (o mesone K mesone), la prima particella strana, Rochester &
Butler
1951: Λ, il primo barione strano (Armenteros+)
1954: Violazione della simmetria di parita’ (G-stack, la prima collaborazione
Europea)
L’Universo visto allo specchio si comporta in un modo differente