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© Carlo Rubbia / Centro Multimediale Manuzio / LiberidipensareTV / 2003
1:27 L'interno della materia e Enrico Fermi
3:31 Le particelle elementari, Aristotele e Democrito
8:45 La materia oscura e l'energia del vuoto
12:00 Le 3 famiglie delle particelle elementari
18:00 L'antimateria e l'annichilazione
20:30 Le dimensioni delle particelle
24:28 Gli infiniti e la rinormalizzazione
29:34 Le differenze tra la meccanica quantistica e la meccanica classica
32:19 Il modello atomico di Rutherford e la meccanica quantistica
36:27 Il principio di indeterminazione di Heisenberg
47:31 Le forze a distanza e le particelle virtuali
1:06:17 Domande e risposte
In fisica delle particelle una particella elementare è una particella indivisibile non composta da particelle più semplici. Le particelle elementari che compongono l'universo si possono distinguere in particelle-materia, di tipo fermionico (quark, elettroni e neutrini, dotati tutti di massa) e particelle-forza, di tipo bosonico, portatrici delle forze fondamentali esistenti in natura (fotoni e gluoni, privi di massa, e i bosoni W e Z, dotati di massa). Il Modello standard contempla diverse altre particelle instabili che esistono in determinate condizioni per un tempo variabile, ma comunque brevissimo, prima di decadere in altre particelle. Fra queste vi è almeno un bosone di Higgs, che svolge un ruolo del tutto particolare. Fino agli inizi del XIX secolo si pensava che l'atomo fosse il costituente elementare della materia e quindi indivisibile per definizione. La scoperta da parte della fisica atomica che l'atomo ha una sua struttura interna, è cioè composto di particelle subatomiche più semplici, diede vita alla teoria atomica, e quindi alla fisica nucleare e alla fisica delle particelle. Dopo le scoperte di elettrone, protone e neutrone, dagli anni trenta il numero ed il tipo di particelle elementari crebbe in modo continuo portando dagli anni sessanta all'introduzione del cosiddetto Modello standard, che descrive tutte le particelle note e tre delle quattro interazioni fondamentali, ossia l'interazione elettromagnetica, l'interazione forte e l'interazione debole. La fisica delle particelle è la branca (sperimentale e teorica) della fisica moderna che studia i costituenti e le interazioni fondamentali della materia e della radiazione. Talvolta viene anche usata l'espressione fisica delle alte energie, facendo riferimento agli studi delle particelle create negli acceleratori ad altissima energia e non presenti in natura in condizioni ordinarie: tali esperimenti hanno permesso di verificare nuove teorie e dato un importante spunto per sviluppare nuovi modelli in fisica teorica. La fisica delle particelle ha soppiantato il termine "fisica subnucleare" poiché quest'ultima si riferiva allo studio di particelle interne al nucleo, mentre oggi la maggior parte delle particelle note non sono costituenti nucleari. Il Modello standard (MS) è il modello che descrive tre delle quattro interazioni fondamentali note: le interazioni forte, elettromagnetica e debole (le ultime due unificate nell'interazione elettrodebole) e tutte le particelle elementari ad esse collegate. Basato sulla teoria quantistica dei campi, matematicamente è una teoria di gauge non abeliana (teoria di Yang-Mills), rinormalizzabile e coerente con la relatività ristretta. Le sue previsioni sono state in larga parte verificate sperimentalmente con un'ottima precisione ed esso rappresenta l'attuale modello teorico di riferimento delle forze fondamentali. Tuttavia presenta vari aspetti di incompletezza; in particolare, non comprendendo l'interazione gravitazionale, per la quale non esiste ad oggi una teoria quantistica coerente, non costituisce quella teoria del tutto obiettivo del sapere fisico. La meccanica quantistica è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni, con particolare riguardo ai fenomeni caratteristici della scala di lunghezza o di energia atomica e subatomica, dove le precedenti teorie classiche risultano inadeguate. La meccanica quantistica rappresenta, assieme alla teoria della relatività, uno spartiacque rispetto alla fisica classica portando alla nascita della fisica moderna, e attraverso la teoria quantistica dei campi, generalizzazione della formulazione originale che include il principio di relatività ristretta, è a fondamento di molte altre branche della fisica, come la fisica atomica, la fisica della materia condensata, la fisica nucleare, la fisica delle particelle, la chimica quantistica.
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