L’ATOMO DIVISIBILE Dr. Stefano Gestri L.S. “Niccolò Copernico” Prato, 06-03-2014.

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1 L’ATOMO DIVISIBILE Dr. Stefano Gestri L.S. “Niccolò Copernico” Prato, 06-03-2014

2 SOMMARIO Premessa Classificazioni generali Zoo delle particelle Forze elementari Quadro d’insieme Any question? Decadimenti radioattivi Fusione nucleare Considerazioni finali Bibliografia e altro

3 UN PO’ DI STORIA…  Dal 1897 scoperta delle prime particelle subatomiche (elettrone, protone, neutrone…)  1945-1960: scoperta di decine di particelle elementari (oggi oltre 300 - zoo delle particelle, con lettere greche), vive per decimiliardesimi di secondo  Negli anni ‘60-’70 a Stanford (CA, USA) dimostrazioni di quark nello SLAC (acceleratore lineare di elettroni, 2 km, 82650 cavità acceleratrici)

4 CLASSIFICAZIONI DI BASE  Riordino da parte di Murray Gell Mann (fisico americano Nobel nel 1969), che introduce il termine quark (da “Finnegans’ wake” di J. Joyce)  Materia e antimateria (con carica opposta)  Fermioni (statistica di Fermi- Dirac: non 2 particelle nello stesso stato quantico) e bosoni (statistica di Bose- Einstein)

5 PARTICELLE ELEMENTARI (I)  Adroni (forte) e 6 leptoni (svelto; es. elettrone)  Leptoni: tauone e muone decadono in elettroni  Particelle esotiche...

6 PARTICELLE ELEMENTARI (II)  Adroni: barioni (pesante; es. protone; 3 quark; fuori dal nucleo i neutroni vivono 15 min) e mesoni (quark + antiquark = bianco)  6 quark con sapori diversi, carica +2/3 o -1/3 e colore rosso, verde o blu (totale bianco)

7 FORZE IN NATURA E RELATIVI VETTORI (I)  Forze extra-forti (di colore o colorate): tengono insieme i quark tramite scambio di gluoni (senza massa, dall’inglese glue = colla); hanno come residuo le forze forti  Forze forti: tengono insieme i nucleoni (a distanze di 10 -14 m) tramite scambio di mesoni π o pioni  Forze elettromagnetiche: veicolate dai fotoni (senza massa), tengono uniti elettroni e nucleo; 100 volte più deboli delle forti, hanno come residuo le forze di Van der Waals

8 FORZE IN NATURA E RELATIVI VETTORI (II)  Forze deboli: veicolate dai bosoni (particelle con massa che cambiano sapore ai quark) W +, W - e Z 0 (neutri), agiscono fra adroni e leptoni e spiegano la radioattività β; sono un milione di volte più deboli delle forze forti  Forze gravitazionali: agiscono fra masse, veicolate dai gravitoni (non ancora rivelati)  Teoria delle forze elettron-deboli  Modello standard  Teoria delle stringhe

9 QUINDI...

10 …TO BE CONTINUED

11 DECADIMENTI RADIOATTIVI (I)  Radioattività scoperta alla fine dell’800 (H. Becquerel, M. Curie…)  Nuclidi  Isotopi (stesso numero atomico, ma diverso numero di massa)  Energia di legame media per nucleone (in eV)  Difetto di massa  Decadimenti radioattivi spontanei (naturali) e indotti (fissione nucleare)

12 DECADIMENTI RADIOATTIVI (II)  Raggi α, β, e γ  Decadimenti radioattivi naturali: α, β -, β +, doppio β (due ravvicinati nel tempo), cattura elettronica o k  Positrone; annichilazione o annichilamento  Cinetiche del primo ordine  Tempi di dimezzamento o di semivita  Famiglie radioattive naturali

13 DECADIMENTI RADIOATTIVI (III)  Produzione di elementi transuranici  Fissione nucleare indotta: reattore nucleare; nocciolo; combustibile fissile; neutroni lenti; massa critica; barre di controllo; moderatori; sistema di raffreddamento; scorie radiattive; reattori autofertilizzanti; fusione del nocciolo; sindrome cinese; fall-out radiattivo  Bomba atomica

14 FUSIONE NUCLEARE  Fusione nucleare (10 volte più energetica della fissione)  Sistemi di confinamento: magnetici (es. Tokamak) e inerziali  Bomba a idrogeno: innesco con bomba atomica  Fusione nucleare a freddo: in elettrolisi di acqua pesante con elettrodi di palladio  Sintesi di elementi sulle stelle (catena protone-protone, ciclo CNO o di Bethe, processo α, processo S ecc.)

15 QUALE FUTURO?  GTU: Grande Teoria Unificata  Cosmogonia (big bang...)  Energie rinnovabili (solare, dal mare, idroelettrica, geotermica, dalle biomasse, eolica)  Fusione nucleare: in linea di massima senza scorie radioattive

16 “La meccanica quantistica è molto impressionante. Ma una voce interiore mi dice che non è ancora la verità. [...] In ogni caso sono convinto che Egli (Dio) non giochi a dadi.” “La meccanica quantistica è molto impressionante. Ma una voce interiore mi dice che non è ancora la verità. [...] In ogni caso sono convinto che Egli (Dio) non giochi a dadi.” (A. Einstein)

17 BIBLIOGRAFIA VARIA C. Bianciardi, E. Dilaghi Pistellini - Quark, atomi ed elementi chimici - Giunti Marzocco C. Bianciardi, E. Dilaghi Pistellini - Quark, atomi ed elementi chimici - Giunti Marzocco AA. VV. - Enciclopedia della chimica - USES AA. VV. - Enciclopedia della chimica - USES I. Bertini, F. Mani - Lezioni di chimica - Cedam I. Bertini, F. Mani - Lezioni di chimica - Cedam A. Post Baracchi, A. Tagliabue - Chimica - Lattes A. Post Baracchi, A. Tagliabue - Chimica - Lattes G. Valitutti, A. Gentile, V. Gerosa, A. Tifi - Fondamenti di chimica - Masson G. Valitutti, A. Gentile, V. Gerosa, A. Tifi - Fondamenti di chimica - Masson S. Hawking - Dal big bang ai buchi neri - Superpocket S. Hawking - Dal big bang ai buchi neri - Superpocket J. A. Coleman - Origine e divenire del cosmo - Feltrinelli J. A. Coleman - Origine e divenire del cosmo - Feltrinelli A. Di Meo - Storia della chimica - Newton Compton A. Di Meo - Storia della chimica - Newton Compton A. Einstein - Come io vedo il mondo - Newton Compton A. Einstein - Come io vedo il mondo - Newton Compton M. Alpert - L’ultima equazione - Superpocket M. Alpert - L’ultima equazione - Superpocket K. Bruckner - Il grande sole di Hiroshima - Giunti K. Bruckner - Il grande sole di Hiroshima - Giunti

18 MINISITOGRAFIA www.pubmed.org www.pubmed.org www.pubmed.org www.lescienze.it www.lescienze.it www.lescienze.it www.scopus.com www.scopus.com www.scopus.com

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