Le particelle elementari sono i più piccoli blocchi noti dell'universo. Si pensa che non abbiano una struttura interna, il che significa che i ricercatori pensano a loro come a punti zero-dimensionali che non occupano spazio. Gli elettroni sono probabilmente le particelle elementari più familiari, ma il modello standard di fisica, che descrive le interazioni delle particelle e quasi tutte le forze, riconosce 10 particelle elementari totali.
Elettroni e particelle correlate
Gli elettroni sono i componenti caricati negativamente degli atomi. Mentre si pensa che siano particelle di punto zero-dimensionali, gli elettroni sono circondati da una nuvola di altre particelle virtuali che costantemente ammiccano dentro e fuori dall'esistenza, che agiscono essenzialmente come parte dell'elettrone stesso. Alcune teorie hanno previsto che l'elettrone ha un polo leggermente positivo e un polo leggermente negativo, il che significa che questa nuvola di particelle virtuali dovrebbe quindi essere un po 'asimmetrica.
In tal caso, gli elettroni potrebbero comportarsi in modo diverso rispetto ai loro doppi, positroni di antimateria, spiegando potenzialmente molti misteri sulla materia e sull'antimateria. Ma i fisici hanno ripetutamente misurato la forma di un elettrone e l'hanno trovato perfettamente rotondo al meglio delle loro conoscenze, lasciandoli senza risposte per gli enigmi dell'antimateria.
L'elettrone ha due cugini più pesanti, chiamati muone e tau. I muoni possono essere creati quando i raggi cosmici ad alta energia provenienti dallo spazio esterno colpiscono la cima dell'atmosfera terrestre, generando una pioggia di particelle esotiche. I Taus sono ancora più rari e più difficili da produrre, poiché sono oltre 3.400 volte più pesanti degli elettroni. Neutrini, elettroni, muoni e taus formano una categoria di particelle fondamentali chiamate leptoni.
Quark e la loro eccentricità
I quark, che compongono protoni e neutroni, sono un altro tipo di particella fondamentale. Insieme ai leptoni, i quark formano le cose che pensiamo siano importanti.
Una volta, gli scienziati credevano che gli atomi fossero gli oggetti più piccoli possibili; la parola deriva dal greco "atomos", che significa "indivisibile". Intorno al volgere del 20 ° secolo, i nuclei atomici hanno mostrato di essere costituiti da protoni e neutroni. Quindi, durante gli anni '50 e '60, gli acceleratori di particelle hanno continuato a rivelare una serie di particelle esotiche subatomiche, come pioni e kaon.
Nel 1964, i fisici Murray Gell-Mann e George Zweig proposero indipendentemente un modello che potesse spiegare il funzionamento interno di protoni, neutroni e il resto dello zoo delle particelle, secondo un rapporto storico dello SLAC National Accelerator Laboratory in California. All'interno dei protoni e dei neutroni sono presenti minuscole particelle chiamate quark, che sono disponibili in sei possibili tipi o sapori: su, giù, strano, fascino, fondo e cima.
I protoni sono composti da due quark up e un quark down, mentre i neutroni sono composti da due down e un up. I quark up e down sono le varietà più leggere. Poiché le particelle più massicce tendono a decadere in quelle meno massicce, i quark up e down sono anche i più comuni nell'universo; pertanto, protoni e neutroni costituiscono la maggior parte della questione che conosciamo.
Nel 1977, i fisici avevano isolato cinque dei sei quark nel laboratorio - su, giù, strano, fascino e fondo - ma non fu fino al 1995 che i ricercatori del Fermilab National Accelerator Laboratory in Illinois trovarono l'ultimo quark, il quark top. La ricerca era stata intensa come la successiva caccia al bosone di Higgs. Il quark top è stato così difficile da produrre perché è circa 100 trilioni di volte più pesante dei quark up, il che significa che ha richiesto molta più energia per produrre acceleratori di particelle.
Le particelle fondamentali della natura
Poi ci sono le quattro forze fondamentali della natura: elettromagnetismo, gravità e forze nucleari forti e deboli. Ognuno di questi ha una particella fondamentale associata.
I fotoni sono i più noti; portano la forza elettromagnetica. I gluoni portano la forte forza nucleare e risiedono con quark all'interno di protoni e neutroni. La forza debole, che media determinate reazioni nucleari, è trasportata da due particelle fondamentali, i bosoni W e Z. I neutrini, che sentono solo la forza e la gravità deboli, interagiscono con questi bosoni, e quindi i fisici sono stati in grado di fornire prima la prova della loro esistenza usando neutrini, secondo il CERN.
La gravità è un estraneo qui. Non è incorporato nel modello standard, anche se i fisici sospettano che potrebbe avere una particella fondamentale associata, che sarebbe chiamata gravitone. Se esistono gravitoni, potrebbe essere possibile crearli presso il Large Hadron Collider (LHC) a Ginevra, in Svizzera, ma scomparirebbero rapidamente in dimensioni extra, lasciandosi alle spalle una zona vuota dove sarebbero stati, secondo il CERN. Finora, l'LHC non ha visto prove di gravitoni o dimensioni extra.
L'elusivo bosone di Higgs
Infine, c'è il bosone di Higgs, il re delle particelle elementari, che è responsabile di dare a tutte le altre particelle la loro massa. La caccia agli Higgs è stata un grande sforzo per gli scienziati che hanno cercato di completare il loro catalogo del modello standard. Quando l'Higgs è stato finalmente individuato, nel 2012, i fisici si sono rallegrati, ma i risultati li hanno anche lasciati in un punto difficile.
L'Higgs sembra praticamente esattamente come era previsto, ma gli scienziati speravano in qualcosa di più. Il modello standard è noto per essere incompleto; ad esempio, manca una descrizione della gravità e i ricercatori hanno pensato che trovare Higgs avrebbe aiutato a indicare altre teorie che potrebbero sostituire il Modello standard. Ma finora, sono rimasti vuoti in quella ricerca.
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