Interazioni fondamentali

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In fisica il termine interazioni o forze fondamentali si riferisce alle interazioni o forze della natura non riconducibili ad altre forze, che sono alla base dei fenomeni fisici e responsabili della struttura della materia e dell'universo.

Sono state individuate quattro forze o interazioni fondamentali: l'interazione gravitazionale, l'interazione elettromagnetica, l'interazione nucleare debole e l'interazione nucleare forte.[1] Per energie dell'ordine dei 100 GeV la forza elettromagnetica e la forza debole si presentano come un'unica interazione, definita elettrodebole.

Caratteristiche delle forze[modifica | modifica sorgente]

Secondo il Modello standard le interazioni avvengono attraverso lo scambio, cioè l'emissione e l'assorbimento, di una o più particelle mediatrici di forza chiamate bosoni di gauge, che costituiscono i quanti del campo che descrive l'interazione. I bosoni di gauge sono bosoni vettori, ovvero hanno spin = 1, eccetto il gravitone, non ancora dimostrato sperimentalmente, che dovrebbe avere spin = 2.

Interazione Mediatore Magnitudine relativa Andamento asintotico Raggio d'azione
Interazione forte gluone 10^{38} r^0 1,4 \cdot 10^{-15} \; \text{m}
Interazione elettromagnetica fotone 10^{36} \frac{1}{r^2} \infty
Interazione debole Bosoni W e Z 10^{25} \frac{e^{-Mr}}{r} 10^{-18} \; \text{m}
Interazione gravitazionale gravitone (?) 10^0 \frac{1}{r^2} \infty

Unificazione delle forze[modifica | modifica sorgente]

Nel 1873, Maxwell per la prima volta riconosce che due forze della natura apparentemente diverse, la forza magnetica e la forza elettrica, sono in realtà manifestazioni della stessa interazione fondamentale. Il capolavoro di Maxwell è la formulazione delle 4 equazioni (oggi note appunto come equazioni di Maxwell) che descrivono in maniera unitaria e completa tutti i fenomeni elettromagnetici (ad esempio: l'attrazione fra due calamite e la propagazione della luce nel cosmo).

Allo stesso modo nel XX secolo si è scoperto che anche l'interazione elettromagnetica e la forza nucleare debole erano due manifestazioni di un'unica interazione, che prese il nome di interazione elettro-debole.

Allo stato attuale delle ricerche, esiste una teoria, nota come Modello standard, che descrive in modo unitario l'interazione nucleare forte e l'interazione elettro-debole, anche se l'unificazione della interazione forte non è ancora completa. La nuova generazione di macchine acceleratrici dovrebbe consentire di colmare tale lacuna. Il Modello Standard ha ottenuto numerose verifiche sperimentali, anche grazie, tra l'altro, al lavoro del fisico italiano Carlo Rubbia.

Il grande obiettivo della fisica teorica contemporanea è ora quello di integrare l'interazione gravitazionale con le altre, ossia la Relatività Generale con il Modello Standard.

Secondo le moderne teorie di unificazione (ad esempio, la teoria delle stringhe), ad alti livelli energetici (e quindi ad alte temperature) le quattro forze fondamentali si fondono in una sola. Queste condizioni di energia elevata sono proprio previste per i primi istanti dell'Universo: quando questo aveva una età minore di 10-43 secondi, le quattro interazioni non erano distinte tra di loro. Con il diminuire della densità, la forza di gravità si separò dalle altre tre. Dopo 10-35 secondi tutte le quattro forze erano separate.

Descrizione dell'interazione[modifica | modifica sorgente]

Il raggio d'azione e l'intensità sono i due tratti più caratteristici di ciascuna interazione.

Semplificando, il raggio d'azione di un'interazione può essere pensato come la distanza massima alla quale essa è influente. Ad esempio l'interazione gravitazionale ha un raggio d'azione infinito; per questo motivo il Sole esercita la sua forza anche su corpi lontanissimi come Plutone, e qualunque atomo dell'universo esercita una forza, seppur minima, su ogni altro atomo dell'universo. Anche l'interazione elettromagnetica ha raggio d'azione infinito, mentre interazione forte ed interazione debole hanno raggi d'azione finiti (e particolarmente piccoli, se raffrontati con le scale umane).

L'intensità fornisce una misura dei rapporti di forza tra le interazioni di diversa natura.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Una quinta forza è stata proposta in diverse occasioni da alcuni fisici, in genere per spiegare presunte anomalie nella misura della forza gravitazionale. Tuttavia, al momento, tutte le verifiche sperimentali hanno smentito le ipotesi circa la sua esistenza.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Feynman, Richard P. (1967). The Character of Physical Law. MIT Press. ISBN 0-262-56003-8
  • Weinberg, S. (1993). The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe. Basic Books. ISBN 0-465-02437-8
  • Weinberg, S. (1994). Dreams of a Final Theory. Vintage Books USA. ISBN 0-679-74408-8
  • Padmanabhan, T. (1998). After The First Three Minutes: The Story of Our Universe. Cambridge University Press. ISBN 0-521-62972-1
  • Perkins, Donald H. (2000). Introduction to High Energy Physics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-62196-8
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