Di che cosa siamo fatti ?.

Presentazione sul tema: "Di che cosa siamo fatti ?."— Transcript della presentazione:

1 di che cosa siamo fatti ?

2 “E se può ridere un corpo senza perciò che lo formino semi che ridono, e avere senno e parlare dottamente senza perciò che lo formino semi sapienti e fecondi, o perché mai non potrebbe ciò che è fornito di senso venire dagli atomi privi totalmente di senso?” lucrezio, De rerum natura, II,

3 “ Se nel corso di un qualche cataclisma, dovesse andare distrutto tutto il sapere scientifico, e si potesse trasmettere alla successiva generazione solo una frase, quale proposizione conterrebbe il massimo d’informazione nel minor numero di parole? Io credo che sia L’IPOTESI ATOMICA, cioè che TUTTE LE COSE SONO COMPOSTE DA ATOMI…” Richard Feynman, lezioni di fisica 1963

4 Cosa hanno in comune le seguenti cose?
UNA TARTARUGA UN PAIO DI BOMBE LE TUE MANI L’OCEANO PACIFICO PASTA E FAGIOLI PRRR!!

5 OGGI la risposta è semplice
OGNI COSA E’ FATTA DI ATOMI

6 IL MODO IN CUI SI COMPORTA UN MATERIALE DIPENDE DA COME SONO DISPOSTI I SUOI ATOMI

7 GRAFITE & DIAMANTE E’ difficile immaginare due solidi più diversi:
la prima è nera, così tenera da lasciare una striscia sulla carta, ha una superficie smorta, opaca, costa pochissimo. Il secondo è incolore, così duro da scalfire qualsiasi cosa, risplende di viva luce, può costare miliardi eppure, tanto la grafite quanto il diamante, sono due forme pure dell’elemento carbonio

8 In passato non fu facile accettare l’idea che noi e il nostro mondo fossimo fatti di piccole particelle passive dette “ATOMI”

9 Browniano L’atomo ha conseguito l’accettazione universale
dei fisici solo a partire dal 1905, quando Einstein spiego’ il fenomeno detto moto Browniano

10 Il Moto Browniano Quando una particella di piccole dimensioni, come un granello di polline,viene sospesa in un liquido e osservata al microscopio, si vede che si muove in un modo casuale e irregolare. Einstein spiegò che la particella si muove a causa degli urti con gli atomi del liquido.

11 “Un prodotto dell’immaginazione non puo’ causare movimenti fisici” Cosi’ Einstein sostenne che gli atomi dovevano essere reali

12 Oggi gli scienziati, usando dispositivi chiamati microscopi a scansione ad effetto tunnel possono eseguire vere e proprie “fotografie” di singoli atomi, cosicchè la questione è stata definitivamente risolta

13 Per tutto l’ottocento e all’inizio del novecento si continuò a discutere se gli atomi avessero una realtà fisica o fossero semplicemente un’ IDEA UTILE.

14 Nel 1906 il fisico austriaco LUDWIG BOLTZMANN era in uno stato di completa frustrazione e depressione. Per trent’anni aveva tentato, venendo spesso coinvolto in sgradevoli controversie, di convincere scienziati europei influenti dell’esistenza degli atomi. Quello stesso anno si suicidò

15 Purtroppo Boltzmann non fu in grado di sostenere le sue idee perché non disponeva delle dirette prove sperimentali sull’esistenza delle molecole, prove che i ricercatori riuscirono ad ottenere solo qualche anno dopo la sua tragica fine

16 breve storia dell'atomo

17 “25 secoli fa, sulle rive di un mare divino, dove aleggiava il canto degli aedi, alcuni filosofi insegnavano già che la materia mutevole è composta da grani indistruttibili in cessante movimento , GLI ATOMI , che il caso e il destino riesce a riunire nel corso del tempo originando le forme e i corpi che ci sono familiari.”

18 Inizia così il celebre libro, “Les atomes”, di J
Inizia così il celebre libro, “Les atomes”, di J.Perrin, premio nobel per la fisica nel 1926

19 Circa 2600 anni fa ebbe inizio un’attività di ricerca che ci ha condotti infine ad una comprensione largamente condivisa dell’universo naturale : una comprensione su cui concordano scienziati di ogni paese e di ogni cultura

20 Fu Democrito di Abdera (V -IV secolo a. c
Fu Democrito di Abdera (V -IV secolo a.c.) insieme al suo maestro Leucippo, il fondatore della concezione atomistica. Le sue idee filosofiche furono riprese da Epicuro e dal poeta latino Lucrezio.

21 Per diversi secoli la teoria di Democrito fu incessantemente contestata, prima dalle varie scuole filosofiche (i platonici che la tradizione vuole abbiano fatto bruciare le opere di Democrito) e poi soprattutto da Aristotele, poi da molti maestri delle singole discipline scientifiche

22 Bisogna arrivare all’inizio del’600 quando il filosofo e scienziato francese Pierre Gassendi lesse il poema di Lucrezio ed esortò vari dotti in tutta Europa a fare altrettanto

23 Nel 1660 in Inghilterra, Robert Boyle pubblicò risultati di esperimenti che potevano essere spiegati facendo l’ipotesi che l’aria fosse fatta di atomi

24 Per più di un secolo furono accumulate abbastanza informazioni teoriche e sperimentali da permettere a John Dalton di scrivere un libro, edito nel 1808, in cui si dimostrava che i risultati di moltissime reazioni chimiche potevano essere compresi ipotizzando l’esistenza di un certo numero di elementi, ognuno composto dal proprio genere di atomi

25 Attorno al 1870, il russo Mendeleiev, riuscì ad organizzare gli elementi noti in una tabella che va sotto il nome di sistema periodico degli elementi. Sulla base di regolarità connesse alla struttura di questa tabella, Mendeleiev potè predire l’esistenza di vari elementi ignoti

26 Quando le sue previsioni furono confermate, l’idea della reale esistenza degli atomi acquistò una considerevole credibilità.

27 Sempre intorno al 1870, lo scozzese Maxwell e l’austriaco Boltzmann, riuscirono a spiegare le proprietà dei gas fondandosi sull’intuizione che i gas fossero composti di atomi

28 Già nel 1895 la scoperta dei decadimenti radioattivi e i risultati di altri esperimenti avevano cominciato a lasciare intendere che gli atomi chimici erano composti da altre cose

29 Queste ricerche riuscirono a convincere altri dell’esistenza degli atomi. Tuttavia la maggior parte degli scienziati non credeva ancora nella loro esistenza

30 Nel Einstein sostenne che un fenomeno scoperto nel 1827 da Robert Brown, forniva una prova indiretta dell’esistenza degli atomi

31 Nel 1908 Jean Baptist Perrin, a Parigi, dimostrò sperimentalmente l’assoluta correttezza delle previsioni di Einstein

32 Dopo 2600 anni, l’esistenza degli atomi era dunque accettata pressochè universalmente! E per la prima volta era stata dedotta la grandezza di una molecola: il suo diametro risultò essere un centomilionesimo di centimetro!

33 Ma gli scienziati non ebbero molto tempo per godersi il grande senso di felicità e di bellezza che può dare la comprensione di una parte della natura!

34 Lo studio della struttura atomica
fisica atomica Lo studio della struttura atomica

35 I fisici si pongono il problema di come sia fatto l’ atomo cioè di elaborare quelli che vengono chiamati MODELLI ATOMICI

36 Tra tutti spiccano due nomi J.J.Thomson Ernest Rutherford

37 Thomson nel 1897 misurò la carica specifica dell’elettrone e nel 1898 fece la prima ipotesi sulla struttura interna dell’atomo supponendolo costituito da elettroni distribuiti in una nube sferica di elettricità positiva

38 Ernest Rutherford, nato in Nuova Zelanda nel 1871, fece alcune tra le più importanti scoperte del suo secolo. Nel 1910, in Inghilterra, dimostrò sperimentalmente che gli atomi erano formati da un minuscolo nucleo circondato da elettroni

39 Da quell’intuizione e dagli esperimenti che essa suggerì ebbe inizio un cammino lineare che giunse alla meta con la scoperta del quark top nel Fermilab!

40 Perche' non si puo' usare la luce per osservare un ATOMO ?

41 PUO'aggirare gli ostacoli CHE
onda La luce e’ un’ , ed essa sono di dimensioni molto minori della sua lunghezza d’onda (diffrazione) Poiche’ la lunghezza d’onda della luce e’ circa mille volte maggiore delle dimensioni di un atomo, e’ evidente che essa non e’ utile per osservare gli atomi PUO'aggirare gli ostacoli CHE

42 Che cosa potrebbe servire?
Bisogna utilizzare esperimenti indiretti, ad esempio bombardare la materia con proiettili sufficientemente penetranti

43 Le radiazioni a prodotte dal decadimento radioattivo sembravano fornire i proiettili adatti; Queste erano 8000 volte piu’ pesanti di un elettrone e quelle provenienti da una sorgente di polonio si muovevano alla velocita’ di circa km-s

44 Gli esperimenti di SCATTERING delle particelle a eseguiti da Rutherford e dai suoi collaboratori furono i primi nei quali si spararono contro un bersaglio proiettili ad alta velocita’ e in cui si rilevarono e studiarono le particelle subatomiche risultanti

45 In seguito questo approccio e’ stato utilizzato molte altre volte per scandagliare la materia sempre piu’ in profondita’, cioe’ con proiettili dotati di energia sempre maggiore

46 Storicamente,ogni aumento significativo dell’energia dei proiettili ha condotto alla scoperta di un livello di struttura più profondo!

47 I proiettili di Rutherford venivano sparati su sottilissimi fogli di materiale,abbastanza sottili perché ci fosse una buona probabilità che una particella a venisse deviata da un solo atomo nell’attraversare il foglio.

48 Che cosa c’era da aspettarsi dal passaggio di una particella a attraverso una sottile lamina di oro? E che cosa si scopri’ realmente? Entrambe le risposte sono pittorescamente descritte da Rutherford

49 Rutherford riusci ‘ a dimostrare che gli atomi avevano un nucleo duro con un diametro volte minore di quello dell ‘atomo stesso. ANCHE L’ ATOMO ERA DUNQUE SCOMPOSTO!

50 A quei tempi il nucleo atomico sembrava la frontiera ultima degli “oggetti” accessibili al microscopio.Ma sarà così per poco.

51 L’atomo di Rutherford non era ancora completo
L’atomo di Rutherford non era ancora completo. C’erano parecchi problemi fondamentali da risolvere tra cui due molto urgenti!

52 A) quale fosse la carica elettrica del pesante nucleo centrale B) come si muove ciascun elettrone intorno al nucleo conformemente con le leggi note fino ad allora

53 A) a ciò rispose nel 1913 un giovane allievo di Rutherford, Henry Moseley,che studiò lo scattering dei raggi X (scoperti da Roentgen nel 1895) da parte degli atomi di diversi elementi.

54 Si poteva dimostrare che questa diffusione dipendeva dalla carica del nucleo, e Moseley dimostrò che la carica presente nel nucleo di elementi successivi della tavola periodica, aumentava di una singola carica positiva passando da un elemento all’altro

55 Così si arrivo’ a formulare che ogni elemento chimico ha un nucleo contenente un numero diverso di (nuclei di idrogeno) PROTONI

56 Il posto occupato da un atomo nella tavola periodica veniva determinato dalla carica positiva presente nel nucleo e non dal peso atomico

57 cosa si poteva dire sulle masse atomiche?

58 Mentre LA CARICA di un nucleo aumentava di una unità alla volta, i PESI ATOMICI aumentavano in media di due unità passando da un posto al successivo

59 Come poteva LA MASSA dei nuclei aumentare piU’ rapidamente della loro CARICA?

60 Rutherford aveva proposto un modello per cui ciascun nucleo era costituito dal numero corretto di protoni, ma questo modello non si adattava a tali fatti riguardanti le masse dei nuclei

61 Si fece l’ipotesi che vi fossero, all’interno del nucleo, sia protoni che elettroni, così da permettere combinazioni protone - elettrone che davano al nucleo una massa supplementare senza farne aumentare la carica

62 Già lo stesso Rutherford aveva fatto l’ipotesi che le coppie elettrone - protone potessero combinarsi in una particella neutra pesante che chiamò NEUTRONE

63 Fu attivamente cercato
C’erano buone ragioni per cercare il neutrone! Ed esso Fu attivamente cercato

64 Nel 1929, in Italia, le esperienze di RASETTI sulla spettroscopia delle molecole di azoto, misero in crisi l’ipotesi della presenza degli elettroni nel nucleo

65 Nel 1930 i coniugi Joliot - Curie osservarono che le particelle derivanti dal decadimento radioattivo del radio, quando colpivano un pezzo di berillio, producevano un nuovo tipo di radiazione, con un altissimo potere penetrante

66 Questi nuovi raggi non sembravano associati ad una carica elettrica poiché non venivano deviati da campi elettrici o magnetici

67 RAGGI In più, se questi incidevano sulla paraffina, venivano emessi da questa dei protoni ad alta velocità. Questi non potevano aver fatto parte della radiazione, essi dovevano provenire dalla paraffina PROTONI

68 Nel 1923 il fisico inglese James Chadwick fece rilevare che l’unico modo per dare un tale impulso a dei protoni era di usare delle particelle altrettanto pesanti, cioè dei NEUTRONI.

69 Misurando l’ impulso dato ai protoni emessi dalla paraffina, CHADWICK ottenne la massa del neutrone

70 IL NUCLEO NON ERA DUNQUE COSTITUITO DA ELETTRONI E PROTONI,MA DA
Neutroni e protoni

71 B) IL MODELLO MIRABILMENTE SEMPLICE DELL’ ATOMO NUCLEARE AVEVA QUALCHE PROBLEMA DI FUNZIONAMENTO.

72 PERTANTO GLI ELETTRONI DELL’ATOMO
LE EQUAZIONI DI MAXWELL DELL’ ELETTROMAGNETISMO PREVEDEVANO CHE UNA CARICA, RUOTANDO, IRRADIASSE ENERGIA. PERTANTO GLI ELETTRONI DELL’ATOMO IN UN MILIONESIMO DI SECONDO AVREBBERO DOVUTO COLLASSARE SUL NUCLEO.

73 Nel 1913, un giovane scienziato danese Niels Bohr, fece l’ipotesi che gli elettroni soggetti ad accelerazioni non producessero radiazioni!

74 Egli riuscì a spiegare il più semplice degli spettri atomici, quello dell’idrogeno, con una ipotesi profondamente “non classica” o come si dice “quantistica” sui possibili movimenti dell’elettrone nell’atomo e sugli scambi di energia

75 Dopo la scoperta della prima particella instabile, il neutrone, la storia si fece molto complicata. Gli strumenti disponibili non erano in grado di rilevare altre particelle, troppo instabili per essere messe in evidenza dalla limitata strumentazione disponibile

76 I fisici si dedicarono pertanto a perfezionare gli strumenti

77 ANCHE SE SI CONOSCEVANO SOLO LE FORZE ELETTROMAGNETICHE IL CUI QUANTO È IL FOTONE, SI CAPIVA CHE ESSE NON POTEVANO SPIEGARE LA STABILITÀ DEL NUCLEO ATOMICO NEL QUALE PROTONI E NEUTRONI ERANO COMPRESSI IN UNO SPAZIO PICCOLISSIMO

78 Il modello del nucleo a protoni e neutroni era soddisfacente ; naturalmente il nucleo doveva essere molto piccolo, cosicché gli elettroni non si sarebbero mai mossi molto vicino ad esso. MA QUANTO PICCOLO Il nucleo piu’ piccolo e’ circa un decimilionesimo di milionesimo di centimetro .

79 invero lo era, il suo valore e’ di circa 200 milioni di milioni di
Se tutta la massa di un atomo era concentrata in un nucleo piccolissimo, allora la densità entro questo nucleo doveva essere altissima! invero lo era, il suo valore e’ di circa 200 milioni di milioni di g/cm^3

80 Cio' fece nascere un grave ed importante problema !

81 PERCHE’ IL NUCLEO NON SI DISINTEGRAva?
COME POtevano I PROTONI, CARICHI POSITIVAMENTE, CHE SI RESPINGono A VICENDA PER LA FORZA COULOMBIANA, ESSERE TRATTENUTI ENTRO IL NUCLEO? PERCHE’ IL NUCLEO NON SI DISINTEGRAva?

82 Cio'non accade! LE SPIEGAZIONI POTEVANO ESSERE 2:
1)C’ERA UNA MODIFICAZIONE DELLA FORZA COULOMBIANA 2)CI DOVEVA ESSERE UN’ ALTRA FORZA CHE A QUESTE BREVI DISTANZE PREVALEVA SULLA REPULSIONE COULOMBIANA.

83 L’alternativa corretta è la seconda. C’e’ una forza supplementare che tiene assieme protoni e neutroni

84 MISURANDO LA DEVIAZIONE CHE UN PROTONE SUBIVA QUANDO SFIORAVA UN NUCLEO ATOMICO, FIN DAL SI ERANO CONSTATATE DELLE ANOMALIE IN QUESTA DIFFUSIONE, DATO CHE, INVECE DI ESSERE RESPINTO DAL CAMPO ELETTRICO, IL PROTONE ERA ATTIRATO QUANDO PASSAVA MOLTO VICINO AL NUCLEO

85 FORZA DI INTERAZIONE NUCLEARE O FORZA FORTE
QUESTA FORZA CHE , AGENDO TRA PROTONI E NEUTRONI DEL NUCLEO , LI TIENE LEGATI, VENNE CHIAMATA FORZA DI INTERAZIONE NUCLEARE O FORZA FORTE

86 NEL 1935, IL FISICO GIAPPONESE YUKAWA, SPIEGO’ LA FORZA FORTE
Non si manifesta E’una forza molto a grande distanza , intensa (forte) più il suo effetto non intensa dell’ iterazione è sensibile al di là coulombiana: le del raggio del interazioni forti sono nucleo, è una forza cento volte più intense a corto raggio di di quelle elettriche! azione.

87 Per stimare l’intensità con cui protoni e neutroni interagiscono, si può calcolare l’energia richiesta per scindere il nucleo nei protoni e neutroni che lo costituiscono questa energia è detta energia di legame

88 L’energia di legame aumenta con regolarità a partire da E = 2. 000
L’energia di legame aumenta con regolarità a partire da E = di EV EV = 1 elettronvolt = energia che un elettrone acquista quando viene accelerato da una DDP di un Volt = 1,6*10^ -19 J

89 Yukawa suppose che il campo nucleare si manifestasse con un QUANTO analogo al fotone del campo elettrico, dato che la distanza tra nucleoni è molto piccola, un fotone di questo tipo dovrebbe avere una lunghezza d’ onda molto corta a causa della grande energia.

90 Dai calcoli , Yukawa dedusse nucleare Doveva averE una massa duecento
che il quanto del campo nucleare Doveva averE una massa duecento volte maggiore di quella dell’ elettrone

91 Nel 1937, studiando gli effetti della radiazione cosmica, Anderson (lo scopritore del positrone) e Neddermeyer trovarono tracce di particelle aventi massa intermedia tra il protone e l’elettrone, particelle che sembravano corrispondere alle previsioni di Yukawa.

92 come i quanti del campo nucleare e vennero chiamate dapprima
Queste particelle vennero considerate come i quanti del campo nucleare e vennero chiamate dapprima “MESOTRONI” e poi “MESONI”

93 Ma la nuova particella interagiva solo debolmente con i nuclei, un miliardo di volte meno delle previsioni di Yukawa

94 Nel Pancini-Piccioni ma poi anche Fermi, e tanti altri proposero che la particella di Yukawa avesse una vita così breve da rendere molto difficile la sua rilevazione

95 Studiando al microscopio le tracce che i mesoni lasciavano nelle emulsioni nucleari, ci si accorse che tutte presentavano tre parti distinte

96 All’inizio si distingueva una traccia breve prodotta da una particella che fu identificata essere la vera particella di Yukawa, alla quale fu dato il nome di MESONE PIGRECO o PIONE

97 La seconda traccia fu attribuita ad una particella prodotta dalla disintegrazione della precedente e identificata con il MESONE scoperto da Anderson

98 La terza fu attribuita all’ELETTRONE prodotto nella disintegrazione del pione in un muone e quindi in un elettrone LA PICCOLA DIFFERENZATRA LE MASSE DEL PIONE E DEL MESONE IMPEDI’ PER LUNGO TEMPO DI DISTINGUERLI!

99 L’ENERGIA DEL NUCLEO

100 Un altro passo verso la comprensione del nucleo atomico venne compiuto determinando la causa dei decadimenti radioattivi

101 Quando un nucleo subisce un decadimento alfa perde due neutroni e due protoni cosicché, il nucleo trasformato ha, rispetto al genitore, quattro unità in meno di massa e due unità in meno di carica. Il decadimento alfa avverrà se il nucleo nuovo è più stabile di quello vecchio.

102 Gurney.Fu il primo trionfo della meccanica quantistica!
Una teoria soddisfacente del decadimento alfa, fu sviluppata nel 1928 in America da Gamow, Condon e Gurney.Fu il primo trionfo della meccanica quantistica! IL DECADIMENTO ALFA si poteva spiegare sulla base delle sole interazioni forti che tengono insieme il nucleo.

103 Esso avverrà all’interno del nucleo soltanto se il nucleo finale ha minore energia totale del nucleo iniziale La velocità con cui esso avviene o, ciò che è lo stesso, la durata della vita media del nucleo originario, dipende fortemente dalla quantità di energia liberata nel decadimento.

104 Alcuni NUCLEI decadono rapidamente, in tempi dell’ordine di un trentesimo di secondo, altri non decadono che in miliardi di anni, mentre il neutrone libero decade in poco più di dodici minuti. (per ottenere un raggio gamma un nucleo impiega un miliardesimo di secondo!)

105 Il processo di emissione dei raggi gamma implica l’emissione di luce da parte di un nucleo instabile che finisce in uno stato più stabile. Tale processo viene interpretato sulla base delle equazioni di Maxwell e dei risultati sinora esposti

106 Rimaneva da comprendere il processo di decadimento beta

107 E fu necessario un notevole periodo di tempo per comprenderlo, dal 1900, quando BECQUEREL dimostrò che i raggi beta erano in realtà sciami di elettroni, al 1933 quando Enrico Fermi presentò la struttura matematica della sua teoria sul decadimento beta

108 Una delle prime difficolta’ da affrontare eRA che, nel decadimento beta, vENIVA emesso un elettrone dal nucleo, nel quale precedentemente non esisteva. In altre parole si AVEVA nel nucleo un processo di CREAZIONE di un elettrone

109 Questo processo eRA un nuovo importante aspetto del mondo subatomico che si
stava studiando

110 Nel DECADIMENTO BETA si creano elettroni come dal nulla!
L’idea fondamentale della conservazione,che risaliva ai Greci,sembrava essere stata definitivamente distrutta!

111 Per aumentare la confusione , sembrava che un’altra legge di conservazione, la legge di conservazione dell’energia e della quantità di moto, fosse stata violata nel processo di decadimento beta!

112 Infatti le particelle beta (elettroni) emesse nel decadimento radioattivo sembravano avere un’intera gamma di valori dell’energia e delle quantita’ di moto in media considerevolmente minori di quanto potesse fornire ad esse in nucleo che subiva il decadimento

113 Dove andava a finire Questa Energia ?

114 La risposta a questa domanda fu data da Pauli negli anni venti: essa era trasportata via da una particella invisibile che egli chiamò neutrino

115 Questo neutrino era davvero una particella notevole: non aveva ne’
carica ne’ massa, ma era destinata semplicemente a trasportare via l’energia e la Quantita’ di moto in eccesso!

116 Il neutrino sembrava senz’altro necessario per mantenere valide
queste leggi di conservazione, piuttosto importanti ma,essendo praticamente invisibile,era molto difficile da osservare

117 Ove la freccia mostra la direzione nella quale avviene il processo.
COSÌ È DEL TUTTO CORRETTO ORA SCRIVERE IL PROCESSO FONDAMENTALE DI DECADIMENTO BETA COME SEGUE: n p+e-+ν Ove la freccia mostra la direzione nella quale avviene il processo.

118 La reazione di DECADIMENTO BETA si deve considerare così: Un neutrone all’interno di un nucleo si trasforma in un protone, mentre simultaneamente vengono emessi un elettrone e un neutrino

119 Ma come avviene tale processo?

120 Esso avverrà all’interno del nucleo soltanto se il nucleo finale ha minor energia totale del nucleo iniziale. La velocità con cui esso avviene o ,ciò che è lo stesso, la durata della vita media del nucleo originario, dipende fortemente dalla quantità di energia liberata nel decadimento

121 Alcuni Nuclei Decadono Rapidamente, in Tempi Dell’ordine Di Un Trentesimo Di Secondo, Altri Non Decadono Che in Miliardi Di Anni, Mentre Il Neutrone Libero Decade in Poco Più Di Dodici Minuti.( Per Emettere Un Raggio Gamma Un Nucleo Impiega Un Miliardesimo Di Secondo!)

122 Tutto ciò ci porta a sostenere che il processo di decadimento beta ha luogo per azione di una forza diversa da quella coulombiana, e anche presumibilmente diversa dall’interazione forte, poiché elettroni e neutrini appaiono solo per un momento nel nucleo

123 Che cos’e’ questa nuova forza?

124 Essa doveva essere una forza debolissima
Essa doveva essere una forza debolissima! L’interazione tra i neutrini e la materia ERA cosI ‘ debole che Cowan e Reines trovarono che avrebbero avuto bisogno di uno schermo di ferro spesso parecchi anni luce per ridurre a metA’ il fascio di neutrini uscente dalle pile atomiche.

125 Giustamente affermarono che il loro esperimento per rilevare il neutrino era “ il più difficile esperimento di fisica che si potesse pensare ”

126 la forza che provoca il decadimento beta fu giustamente chiamata
FORZA DEBOLE o INTERAZIONE DEBOLE

127 Essa fu correttamente compresa dal fisico italiano E
Essa fu correttamente compresa dal fisico italiano E.Fermi quando avanzo’ l’ipotesi piu’ semplice possibile che la probabilita’ del decadimento beta fosse proporzionale al prodotto delle probabilita’ di trovare l’elettrone, il neutrone , il neutrino e il protone tutti nello stesso punto entro il nucleo

128 C’era un punto importante che risolveva la teoria di FERMI e cioè:
come poteva esserci tale decadimento se inizialmente non c’erano elettroni o neutrini nel nucleo genitore?

129 La risposta di FERMI fu che essi venivano creati continuamente dagli effetti della interazione debole, una volta che erano creati, c’era una probabilità non nulla di trovarli in un dato punto

130 ENRICO FERMI E LA FISICA ITALIANA

131 Gli anni videro la nascita di cinque GRANDI che hanno gettato le basi delle nuove conoscenze in fisica. In ordine di nascita essi sono: Pauli, Dirac, Heisenberg, Fermi, Jordan.

132 Tra gli anni 1920 e 1933 questi giovanissimi giganti gettarono le basi delle nostre attuali conoscenze. Questo periodo diverrà noto in Gottingen come gli anni Knabenphysik (la fisica dei ragazzi).

133 Enrico Fermi non partecipò direttamente alla prima assoluta fondazione delle nuove idee, ma contribuì enormemente a semplificarle, ed a portarle ad una visione unitaria. Un compito delicato e difficile che gli era peraltro naturale

134 Nel 1926 Fermi entrò tra i grandi con la su statistica sulla “quantizzazione del gas perfetto monoatomico”, la statistica proposta per la prima volta da lui, che prese il nome di Fermi - Dirac

135 Gli anni furono estremamente intensi e fruttuosi: Fermi non si interessa direttamente delle applicazioni della sua teoria, ma rivolge i suoi interessi verso l’avanguardia della fisica : l’elettrodinamica quantistica. I problemi connessi all’emissione e all’assorbimento dei fotoni

136 Nel 1930 intorno a Fermi e Rasetti, si raccolse un gruppo di giovanissimi fisici: Segrè,Amaldi e Majorana. Tutti ben decisi ad imparare le tecniche della fisica nucleare. Nacque il gruppo di via Panisperna

137 Nell’autunno del 1932 si decise di dare inizio a un programma di ricerche in fisica nucleare. Venne realizzata una camera a nebbia, vennero realizzati vari tipi di Geiger

138 Nel 1933 Fermi completò il suo celebre lavoro “tentativo di una teoria dei raggi beta”. Fermi aprì un nuovo campo della fisica : la fisica delle interazioni deboli

139 Nel gennaio del 1931 i coniugi
Curie - Joliot annunciarono la scoperta di nuovi radioisotopi ottenuti bombardando i nuclei di elementi leggeri con particelle alfa. Fermi intuì immediatamente che i neutroni potevano essere validamente utilizzati come proiettili per indurre radioattività artificiale

140 I neutroni essendo privi di carica non sono soggetti alla repulsione coulombiana esercitata dai nuclei bersaglio e pertanto più efficaci

141 Ma i neutroni sono un po’ più difficili da produrre che non le particelle alfa perché non esistono sorgenti dirette di neutroni, ma sono essi stessi il prodotto di disintegrazione nucleare. Bisognava quindi procurarsi una sorgente di neutroni!

142 Trovata la sorgente, iniziarono le sperimentazioni
Trovata la sorgente, iniziarono le sperimentazioni! Quando il neutrone colpisce il nucleo possono avvenire diversi fenomeni

143 Reazione ( n , g) reazione (n , p) reazione (n , a)
Le reazioni piu’ comuni Reazione ( n , g) reazione (n , p) reazione (n , a)

144 La reazione (n , g ) vuol dire che il neutrone viene inghiottito dal nucleo , il quale viene così eccitato, allora può emettere radiazione elettromagnetica sotto forma di raggi gamma e trasformarsi in un nucleo il cui peso è aumentato di una unità

145 La reazione (n,p) vuol dire che il neutrone entra e scaccia un protone
La reazione (n,p) vuol dire che il neutrone entra e scaccia un protone. Un neutrone si sostituisce ad un protone

146 La reazione (n,a) vuol dire che un neutrone entra ed esce una particella alfa. Un neutrone i sostituisce ad una particella alfa

147 In ognuna di queste reazioni si forma un nucleo diverso da quello colpito. Si parte in genere da un nucleo stabile e si va a finire il più delle volte in un nucleo non stabile, cioè radioattivo

148 Così vennero prodotti una cinquantina di nuovi elementi che vennero studiati e identificati nel laboratorio di Roma

149 LA SCOPERTA! “ Uno spessore di alcuni centimetri di paraffina interposto tra la sorgente e l’argento invece di diminuire l’attivazione la aumenta” Così annunciò lo stesso Fermi la sua sensazionale scoperta in una lettera per “La ricerca scientifica”

150 I neutroni rallentati fino all’energia dell’agitazione termica delle molecole dalle collisioni con nuclei di idrogeno passavano più tempo nelle vicinanze dei nuclei bersaglio diventando più efficaci nell’indurre la radioattività artificiale

151 La scoperta dell’effetto dei NEUTRONI LENTI aprì una nuova fase nel programma di ricerca del gruppo, la scoperta ebbe immediate applicazioni pratiche nella possibilità di produrre isotopi radioattivi da utilizzare come traccianti in fisica, in chimica in medicina

152 Il 10 novembre del 1938 Fermi ricevette l’annuncio ufficiale del conferimento del
PREMIO NOBEL

153 Dopo il soggiorno di Stoccolma decise di proseguire direttamente per gli Stati Uniti insieme con la moglie Laura

154 La causa scatenante fu certamente la promulgazione delle leggi razziali da parte del governo italiano ma come ricorda il suo amico Segrè : “lo attiravano i laboratori attrezzati, gli abbondanti mezzi di ricerca, l’entusiasmo della nuova generazione dei fisici”

155 RIASSUMENDO Il decadimento beta procede per mezzo della interazione debole il decadimento gamma per mezzo della interazione elettromagnetica l’interazione forte è responsabile del fatto che il nucleo si mantiene insieme e provoca il decadimento alfa

156 Breve storia del concetto di forza

157 Evoluzione del concetto di forza
NEWTON : azione a distanza FARADAY :concetto di campo di forza YUKAWA: una forza è qualsiasi interazione fra due oggetti che avviene mediante lo scambio di una particella (mediatrice della interazione)

158

159 Una volta scoperto il neutrone era forte la tentazione di supporre che i componenti fondamentali fossero ormai stati trovati e che tutta la materia fosse composta di protoni, neutroni ed elettroni

160 Ben presto emersero ragioni per considerare insoddisfacente questa ipotesi

161 Dopo la seconda guerra mondiale fu costruito lo Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) per scandagliare protoni e neutroni usando elettroni come proiettili, in esperimenti analoghi a quelli di Rutherford. Si dimostrò che protoni e neutroni erano particelle composte

162 Una varietà di esperimenti condussero alla scoperta di un gran numero di particelle che furono chiamate collettivamente “adroni”( in questa categoria rientrano anche protoni e neutroni)

163 Nel 1968 una nuova serie di esperimenti allo SLAC,
che utilizzavano elettroni ad alta energia, scoprì l’esistenza di QUARK (up e down) nei protoni e nei neutroni

164 Il segnale fu molto simile a quello trovato parecchio tempo prima da Rutherford. Come allora, troppi proiettili rimbalzavano invece di passare oltre, cosicchè era chiaro che dovevano colpire qualcosa di duro

165 All’inizio degli anni ‘70 i nuovi sviluppi cominciarono ad assumere un ritmo incalzante. Si vide che le teorie fondate sui quark e sugli adroni acquistavano un senso anche in altri modi

166 Il passo avanti finale, quello che condusse ad una accettazione quasi completa dei quark, fu la SCOPERTA di un nuovo quark, il quark charm, nel novembre del 1974.

167 QUARK ED ELETTRONI SONO I SEMI DELLA NATURA ?

168 Pare proprio di si. Fino ad un certo livello gli esperimenti hanno trovato una struttura poi, piu’ niente!

169 La risposta corretta è: tutta la materia reale è composta di QUARK UP, di QUARK DOWN ed ELETTRONI

170 Realizzato Da : Classe IV B Liceo Scientifico, Alatri a.s. 2002/2003
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