Interazione forte: differenze tra le versioni
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L'interazione forte può essere osservata in scala più piccola fra [[quark (particella)|quark]] a formare i [[Protone|protoni]], i [[Neutrone|neutroni]] ed altre particelle, e in scala più grande (dove si parla più propriamente di "forza nucleare forte") fra protoni e neutroni a formare il nucleo dell'[[atomo]]. Nel primo caso i [[Bosone (fisica)|bosoni]] mediatori dell'interazione sono i [[Gluone|gluoni]], nel secondo i [[Pione|pioni]]. |
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Come tutte le interazioni fra particelle subnucleari è trattata con la forma di una [[teoria quantistica dei campi]]; l'interazione forte è trattata in particolare dalla [[cromodinamica quantistica]] (QCD). |
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}}</ref>), di natura diversa da quella elettrica, che cambia continuamente con il trasferimento di gluoni fra quark, i quali possiedono a loro volta una carica di colore. Un'altra caratteristica fondamentale delle interazioni forti riguarda il fatto che i quark non si manifestano mai isolati: infatti, più si cerca di separarli più il campo di forze si oppone fino a crearne di nuovi. Come i colori reali nel loro insieme danno il "non colore" bianco, così gruppi di particelle non manifestano mai un'eccedenza di carica di colore totale. |
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Considerato il nucleo di un [[atomo]] qualsiasi, esso sarà composto da un numero di [[protone|protoni]] pari al [[numero atomico]] e da un numero di [[neutrone|neutroni]] pari al [[numero di massa]] meno il numero di protoni. Essendo i protoni carichi positivamente (carica: + |-e|, con e carica elettrica negativa dell'[[elettrone]]), se sono presenti, in uno stesso nucleo, due o più protoni, questi tenderanno a respingersi per azione della [[forza elettromagnetica]] repulsiva che si instaura tra corpi elettricamente [[Carica elettrica|carichi]] con lo stesso segno. Un nucleo in cui agisse solo la forza elettromagnetica sarebbe destinato ad essere disintegrato da queste forze repulsive. L'azione di allontanamento operata dai neutroni, elettricamente neutri, è comunque limitata. |
Considerato il nucleo di un [[atomo]] qualsiasi, esso sarà composto da un numero di [[protone|protoni]] pari al [[numero atomico]] e da un numero di [[neutrone|neutroni]] pari al [[numero di massa]] meno il numero di protoni. Essendo i protoni carichi positivamente (carica: + |-e|, con e carica elettrica negativa dell'[[elettrone]]), se sono presenti, in uno stesso nucleo, due o più protoni, questi tenderanno a respingersi per azione della [[forza elettromagnetica]] repulsiva che si instaura tra corpi elettricamente [[Carica elettrica|carichi]] con lo stesso segno. Un nucleo in cui agisse solo la forza elettromagnetica sarebbe destinato ad essere disintegrato da queste forze repulsive. L'azione di allontanamento operata dai neutroni, elettricamente neutri, è comunque limitata. |
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Occorre quindi introdurre un nuovo meccanismo per spiegare l'esistenza di nuclei atomici in cui sono presenti due o più protoni. Il fatto che il nucleo continui ad esistere viene imputato all'azione attrattiva operata da una forza detta "forza nucleare forte", che è il residuo dell'interazione forte che si esercita tra i quark che formano i protoni e neutroni. I gluoni svolgono un'azione "collante" (da cui il loro nome: glue=colla) tra i quark che compongono i [[Nucleone|nucleoni]]; la condivisione di gluoni genera un campo attrattivo che si oppone alle forze elettrodinamiche repulsive tra i nucleoni e tale forza attrattiva avviene attraverso lo scambio di pioni. La forza nucleare forte fu originariamente ipotizzata da [[Ettore Majorana]]. |
Occorre quindi introdurre un nuovo meccanismo per spiegare l'esistenza di nuclei atomici in cui sono presenti due o più protoni. Il fatto che il nucleo continui ad esistere viene imputato all'azione attrattiva operata da una forza detta "forza nucleare forte", che è il residuo dell'interazione forte che si esercita tra i quark che formano i protoni e neutroni. I gluoni svolgono un'azione "collante" (da cui il loro nome: glue=colla) tra i quark che compongono i [[Nucleone|nucleoni]]; la condivisione di gluoni genera un campo attrattivo che si oppone alle forze elettrodinamiche repulsive tra i nucleoni e tale forza attrattiva avviene attraverso lo scambio di pioni. La forza nucleare forte fu originariamente ipotizzata da [[Ettore Majorana]]. |
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Versione delle 22:38, 5 mag 2013
In fisica delle particelle l'interazione forte (chiamata anche forza nucleare forte o forza cromatica) è una delle quattro interazioni fondamentali previste dal Modello standard.
L'interazione forte può essere osservata in scala più piccola fra quark a formare i protoni, i neutroni ed altre particelle, e in scala più grande (dove si parla più propriamente di "forza nucleare forte") fra protoni e neutroni a formare il nucleo dell'atomo. Nel primo caso i bosoni mediatori dell'interazione sono i gluoni, nel secondo i pioni.
Come tutte le interazioni fra particelle subnucleari è trattata con la forma di una teoria quantistica dei campi; l'interazione forte è trattata in particolare dalla cromodinamica quantistica (QCD).
Etimologia
La forza forte fu così definita perché è la più forte tra le quattro forze fondamentali della natura. Fu originariamente ipotizzata da Enrico Fermi e viene detta anche forza cromatica perché le cariche che la generano si comportano in modo analogo ai colori primari (ci si riferisce perciò alla carica forte come "colore" in senso lato, senza che questo abbia nessuna relazione con i colori comunemente intesi). Il suo valore è circa 100 volte quello della forza elettromagnetica, circa 105 maggiore della forza debole e 1039 volte quello della gravità.
Proprietà
Come detto nell'introduzione, l'interazione forte avviene tra i quark ed è mediata dai gluoni. Essa rende possibile l'esistenza del nucleo atomico.
L'interazione forte è radicalmente diversa dall'interazione elettromagnetica. Entrambe avvengono attraverso particelle di massa a riposo nulla: l'interazione elettromagnetica con lo scambio quantico di fotoni, che non hanno carica, mentre l'interazione forte con lo scambio di gluoni, aventi una carica detta "di colore" (che non ha nessuna relazione con il tradizionale concetto di colore[1]), di natura diversa da quella elettrica, che cambia continuamente con il trasferimento di gluoni fra quark, i quali possiedono a loro volta una carica di colore. Un'altra caratteristica fondamentale delle interazioni forti riguarda il fatto che i quark non si manifestano mai isolati: infatti, più si cerca di separarli più il campo di forze si oppone fino a crearne di nuovi. Come i colori reali nel loro insieme danno il "non colore" bianco, così gruppi di particelle non manifestano mai un'eccedenza di carica di colore totale.
Considerato il nucleo di un atomo qualsiasi, esso sarà composto da un numero di protoni pari al numero atomico e da un numero di neutroni pari al numero di massa meno il numero di protoni. Essendo i protoni carichi positivamente (carica: + |-e|, con e carica elettrica negativa dell'elettrone), se sono presenti, in uno stesso nucleo, due o più protoni, questi tenderanno a respingersi per azione della forza elettromagnetica repulsiva che si instaura tra corpi elettricamente carichi con lo stesso segno. Un nucleo in cui agisse solo la forza elettromagnetica sarebbe destinato ad essere disintegrato da queste forze repulsive. L'azione di allontanamento operata dai neutroni, elettricamente neutri, è comunque limitata.
Occorre quindi introdurre un nuovo meccanismo per spiegare l'esistenza di nuclei atomici in cui sono presenti due o più protoni. Il fatto che il nucleo continui ad esistere viene imputato all'azione attrattiva operata da una forza detta "forza nucleare forte", che è il residuo dell'interazione forte che si esercita tra i quark che formano i protoni e neutroni. I gluoni svolgono un'azione "collante" (da cui il loro nome: glue=colla) tra i quark che compongono i nucleoni; la condivisione di gluoni genera un campo attrattivo che si oppone alle forze elettrodinamiche repulsive tra i nucleoni e tale forza attrattiva avviene attraverso lo scambio di pioni. La forza nucleare forte fu originariamente ipotizzata da Ettore Majorana.
Note
- ^
R.P. Feynman, QED: The Strange Theory of Light and Matter, Princeton University Press, 1985, p. 136, ISBN 0-691-08388-6.«I fisici, incapaci di proporre altre belle parole greche, chiamarono questo tipo di polarizzazione con l'infelice nome di "colore", che non ha niente a che vedere con il colore nel senso normale del termine.»
Bibliografia
- J.R. Christman, MISN-0-280: The Strong Interaction (PDF), in Project PHYSNET, 2001.
- D.J. Griffiths, Introduction to Elementary Particles, John Wiley & Sons, 1987, ISBN 0-471-60386-4.
- F. Halzen, A.D. Martin, Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics, John Wiley & Sons, 1984, ISBN 0-471-88741-2.
- G.L. Kane, Modern Elementary Particle Physics, Perseus Books, 1987, ISBN 0-201-11749-5.
- R. Morris, The Last Sorcerers: The Path from Alchemy to the Periodic Table, Joseph Henry Press, 2003, ISBN 0-309-50593-3.
