Interazione elettrodebole

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In fisica, l' interazione elettrodebole è il risultato dell'unificazione di due delle quattro interazioni fondamentali della natura: l'elettromagnetismo e la forza nucleare debole.

Anche se queste due forze sembrano molto diverse alle basse energie della vita quotidiana, sopra l'energia di unificazione, dell'ordine di 102 GeV, la teoria elettrodebole le modellizza come due aspetti differenti della stessa forza.

Descrizione[modifica | modifica sorgente]

Secondo la teoria elettrodebole ad energie molto elevate, presenti per pochi istanti dopo il Big bang, l'universo possiede quattro campi di gauge vettoriali relativi a un'unica forza elettrodebole, espressi da quattro bosoni di gauge privi di massa, e accoppiati a un campo scalare detto campo di Higgs. Al di sotto di un certo livello di energia il campo di Higgs, a causa della sua instabilità, subisce una rottura spontanea della simmetria, che produce tre bosoni di Goldstone, i quali vengono assimilati da tre dei quattro campi elettrodeboli fornendo loro la massa (meccanismo di Higgs). I tre campi massivi diventano i bosoni W+, W- e Z0 dell'interazione debole, mentre il quarto conserva le caratteristiche iniziali ancora presenti nell'universo attuale, ed è il campo privo di massa del fotone responsabile dell'elettromagnetismo.

Matematicamente l'unificazione è realizzata con una teoria di gauge non abeliana SU(2)×U(1) (teoria di Yang-Mills). Come detto i bosoni vettori deboli ricevono la loro massa dal meccanismo di Higgs, con conseguente rottura spontanea della simmetria elettrodebole da SU(2)×U(1)Y in U(1)em. Le lettere in piccolo sono usate per indicare che queste sono copie differenti di U(1); il generatore di U(1)em è dato da Q = Y/2 + I3, dove Y è il generatore di U(1)Y (chiamato ipercarica) e I3 è uno dei generatori SU(2) (un componente dell'isospin). La distinzione tra elettromagnetismo e interazione debole si manifesta perché vi è una (non lieve) combinazione lineare di Y e di I3 che si annulla per il bosone di Higgs: è un autostato sia di Y che di I3, così che i coefficienti possono essere presi come −I3 e Y.
U(1)em è definito come il gruppo generato da questa combinazione lineare e non viene rotto perché non interagisce con il bosone di Higgs.

Grazie ai loro contributi all'elaborazione della teoria elettrodebole, a Sheldon Glashow, Abdus Salam e Steven Weinberg fu assegnato il Premio Nobel per la Fisica nel 1979[1].

Nel 1983 al CERN di Ginevra venne verificata sperimentalmente l'unificazione elettrodebole attraverso la produzione dei bosoni W e Z. Per tale lavoro l'anno successivo all'italiano Carlo Rubbia e all'ingegnere olandese Simon van der Meer venne assegnato il premio Nobel per la fisica.

Nel 2012, al CERN, è stata osservata una particella identificata come il bosone di Higgs, confermando l'impianto teorico del Modello standard. In seguito a tale conferma, nel 2013 a Peter Higgs e François Englert è stato assegnato il premio Nobel per la fisica per la teorizzazione del meccanismo di Higgs.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ The Nobel Prize in Physics 1979, The Nobel Foundation. URL consultato il 16 dicembre 2008.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • (EN) G. t'Hooft. In Search of the Ultimate Building Blocks. Cambridge University Press, 2001. ISBN 978-0521578837
  • (EN) W. Noel Cottingham e Derek A. Greenwood. An Introduction to the Standard Model of Particle Physics. Londra, Cambridge University Press, 1999. ISBN 978-0521588324
  • (EN) F. Mandl e G. Shaw. Quantum Field Theory. ISBN 0471941867
  • (EN) Y. Hayato et al.. Search for Proton Decay through p → νK+ in a Large Water Cherenkov Detector. Physical Review Letters 83, 1529 (1999).
  • R. Oerter. La teoria del quasi tutto. Il Modello standard, il trionfo non celebrato della fisica moderna. 2006
  • (EN) F. Haltzen, A. D. Martin, Quark and Leptons Wiley, 1984.
  • (EN) D. Perkins, Introduction to High Energy Physics, Addison-Wesley, 2000.
  • B. Pohv, K. Rith, C. Scholz, F. Zetsche Particelle e Nuclei, Bollati Boringhieri, 1998.


Voci correlate[modifica | modifica sorgente]