Sulla strada della fisica moderna
Raggi cosmici
Si ha bisogno di un po' di fortuna e di un grandissimo acceleratore un anello di parecchi Km di diametero, che consuma tanta elettricità
quanto una città di medie dimensioni.
I differenti tipi di quark finora conosciuti sono sei, di carica positiva o negativa :
Raggi cosmici
1, 2. La prima coppia – “up” e “down” - è da-pertutto, essendo questi
componenti di nuclei atomici (es: protoni e neutroni)
3. Il quark leggero della seconda generazione,
“strange” è un costituente di particelle più pesanti del
protone e del neutrone ed è stato osservato nella
radiazione cosmica negli anni '40. Può essere catturato
da un nucleo, prima di morire. Questa traccia
nell’emulsione fotografica testimonia il decadimento di
un ipenucleone.

+
0
-
n p - n p

p
n

p
n
pn

n
p
n

M. Danysz and J. Pniewski, J. Phil. Mag. 44 (1953), 348
Scoperta del barione “incantato”
Nel grafico a sinistra è mostrato la
dinamica
dell'esperimento
nella
camera a bolle di 7 piedi m a
Brookhaven che ha portato alla
scoperta del barione incantato (una
particella formata da tre quark). Un
neutrino entra nella figura dal sotto
(linea tratteggiata) e collide con un
protone nel liquido della camera. La
collisione produce cinque particelle
cariche - un muone negativo, tre pioni
positivi e un pione negativo - lambda
neutro. Il pione lambda produce una
caratteristica 'V' quando decade in un
protone e in un pi-minus.
4. Il quark “charm”, che completa la
seconda generazione fu oggetto di
una doppia caccia: a Brookhaven
un picco stretto fu osservato a 3.1
GeV per la produzione di coppie
elettrone- positrone in collisioni
p+Be; vice-versa, a Stanford – un
picco per la produzione di adroni in
annichilazione di coppie elettrone positrone. I due rapporti furono
presentati con un giorno di distanza,
il mesone cc porta il nome doppio
J/Ψ ed il premio Nobel fu dato a
entrambi gruppi.
J.-E. Augustin et al., Phys. Rev. Lett. 33, 1406–1408 (1974)
Oggi, le particelle subatomiche si scoprono
con gli accelaratori. Ma prima, si usava la
Natura. Per scoprire l'origine extraterrestre
dei raggi cosmici Victor F. Hess nel 1912
salì su un pallone aerostatico con un
elettroscopio a foglie a misurare la quantità
di particelle cariche presenti. Dimostrò come
questa aumentava con l’altitudine e che
quindi la radiazione non proveniva dalla
terra ma dallo spazio esterno (da qui il nome
raggi cosmici, dato nel 1925 da R. A.
Millikan) Nel 1936 Hess ricevette il premio
Nobel per la sua scoperta.
I raggi cosmici sono principalmente protoni di un 1 GeV di energia - con piccole
percentuali di altre particelle subatomiche.
Ma oggi, gli acceleratori non bastano più: si
torna a raggi cosmici.
J.J. Aubert et al.Phys. Rev. Lett. 33, 1404–1406 (1974)
http://www.bnl.gov/bnlweb/history/charmed.asp
+
e+
p
-
e0
+ p
+


5. La terza generazione era stata
predetta teoricamente da by
M.
Kobayashi e T. Masakawa nel 1974. IL
quark “bottom” chiamato anche
“beauty” è stato osservato nel 1977
nel FermiLab durante la produzione di
muoni da protoni riflettenti su Cu o Pt,
as a faint “bump” (Y - Upsilon meson
bb ) at 9.5 GeV mass.
μ
b
W
νμ
6. L'ultimo, “top” è così pesante (175 GeV) che diventa un
genitore per generazioni di altre particelle chiamtae jets; its
mass was predicted correctly by the theory and was measured
with the best accuracy in the whole quark zoo.
+
antiproton beam
t
proton beam
t
νe
W-
b
A schematic of top-quark
pair production
e
Sono necessarie macchine sempre
più grandi per trovare dei quark
piccoli.
Simulazione a computer della collisione protone-antiprotone.
Le tracce mostrano i percorsi dei diversi tipi di particelle
create durante la collisione.
Special credits to FermiLab for permission to use internet material
http://www.fnal.gov/pub/inquiring/physics/discoveries/index.html
- Marjorie Bardeen
Così, se non si hanno abbastanza
soldi, o non si crede nei quark, li si
può sempre trovare al panificio di
Trento, Italia.
4/3