Four Forces or interactions
There are four fundamental
interactions in nature
All forces can be attributed to these
interactions
Gravity is attractive; others can be
repulsive
Interactions are also responsible for
decay
How do Particles Interact?
Objects can interact without touching
How do magnets “feel” each other to attract or repel?
How do Particles Interact?
Objects can interact without touching
How do magnets “feel” each other to
attract or repel?
How does the Earth attract the Moon?
How do Particles Interact?
Objects can interact without touching
How do magnets “feel” each other to
attract or repel?
A force is something communicated between
objects
Interazione elettromagnetica
The electromagnetic force
causes opposite charges to
attract and like charges to
repel
Residual E-M
Normally atoms are neutral
having the same number of
protons and electrons
The charged parts of one
atom can attract the
charged parts of another
atom
Can bind atoms into
molecules
Why Doesn’t a Nucleus Explode?
A heavy nucleus contains
many protons, all with positive
charge
These repel each other
Why does it not blow apart?
Com’è fatto il nucleo di un atomo?
SOLO PROTONI?
Com’è fatto il nucleo di un atomo?
SOLO PROTONI?
Ma . . . . .
cariche dello stesso segno si respingono!!!!
Com’è fatto il nucleo di un atomo?
SOLO PROTONI?
Ma . . . . .
cariche dello stesso segno si respingono!!!!
!?
Quindi
il nucleo non può essere fatto solo di protoni
«Inventiamo» i
NEUTRONI
Particelle neutre elettricamente e che
quindi non tendono a respingersi fra loro
N
L’ipotesi è la seguente:
nel nucleo ci sono certamente protoni ma
questi non si respingono fra loro perché la
presenza dei neutroni lo impedisce
I neutroni fanno da schermo alla repulsione
elettrica tra i protoni
Com’è fatto il nucleo di un atomo?
PROTONI E NEUTRONI!
Ma anche questo modello di nucleo di atomo non
corrisponde alla realtà!!!!
N
N
N N
N
N
N
N che il numero di protoni
Eseguendo i calcoli siNvede
necessario perché i protoni non si respingano fra di loro
è troppo grande . . . e i nuclei degli atomi nella realtà
non sono così grandi!!!!
Com’è fatto il nucleo di un atomo?
?
N
N
N N
N
N
N
N
N
MA
PROTONI E NEUTRONI
ESISTONO
N
N
N N
N
N
N
N
N
GLI ATOMI ESISTONO
e
e
e
N
N
N N
N
N
N
N
N
e
e
e
e
e
e
L’ipotesi che riesce a spiegare benissimo la struttura dei
nuclei degli atomi e il loro comportamento è che
esista una forza attrattiva molto intensa, tale da prevalere
sulla forza repulsiva elettromagnetica
Questa forza deve agire tra protoni e protoni,
tra neutroni e neutroni e tra protoni e neutroni
E’ una forza attrattiva molto intensa (forza forte) che
agisce solo a distanze comparabili con il diametro di un
nucleo atomico (forza nucleare); si dice che è una forza
a «corto raggio d’azione»
Forza o interazione nucleare forte
10-10
10-14
diametro medio del nucleo atomico
10-15
10-18
0,00000000000001 m
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
10-14m
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
Un semplice meccanismo per capire come funziona
la forza nucleare (interazione nucleare)
Un semplice meccanismo per capire come
funziona la forza nucleare (interazione nucleare)
Se i due protoni sono abbastanza veloci
riescono ad avvicinarsi fra loro fino alla
distanza di 10-15 m
può entrare in azione la forza nucleare che è
più intensa di quella elettrostatica e sempre
attrattiva
Le interazioni nucleari che permettono di spiegare,
nelle stelle, la formazione dell’elio (He) a partire
dall’idrogeno (H)
Nucleo
dell’atomo di
idrogeno (H)
Nucleo
dell’atomo
di Elio (He)
N
N
1
3
Mv 2  N A k BT
2
2
Teoria cinetica
La temperatura assoluta di un gas perfetto è
proporzionale all’energia cinetica media ed è la
manifestazione macroscopica del moto di
agitazione termica delle molecole;
la grandezza fisica temperatura a livello
microscopico, cioè a livello molecolare,
non
esiste.
Per effetto del moto di agitazione termica, le
molecole del gas si muovono disordinatamente in
tutte le direzioni urtando, come tanti granellini di
grandine, le pareti del contenitore.
1
3
2
Mv  N Ak BT
2
2
1000 K
104 K
105 K
106 K
107 K
Qualcosa di simile avviene anche all’interno dei
neutroni e dei protoni, tra i quarks
The Modern Atom
A cloud of electrons in
constant motion around the
nucleus
And protons and neutrons in
motion in the nucleus
And quarks in motion within
the protons and neutrons
e
N
e
e
N
e
N
N
Strong Force
In addition to their electric
charge, quarks also carry
a new kind of charge
called color charge
The force between color
charged particles is the
“strong force” ,
l’interazione nucleare
“forte”
Residual Strong Force
The strong force between the quarks in one
proton and the quarks in another proton is
strong enough to overwhelm the repulsive
electromagnetic force
Weak Force
Weak interactions are responsible for
the decay of massive quarks and
leptons into lighter quarks and
leptons
Example: neutron to decay into
proton + electron + neutrino
This is why all matter consists of the
lightest quarks and leptons (plus
neutrinos)
Electroweak Force
In the Standard Model, the weak
and the electromagnetic forces have
been combined into a unified
electroweak theory
At very short distances (~10-18
meters), the weak and
electromagnetic interactions have
comparable strengths
Force particles are photon, W and Z
What about Gravity?
Gravity is very weak
Relevant at macroscopic
distances
The gravity force carrier, the
graviton, is predicted but has
never been seen
d
d
Interaction Summary
MASSA
carica elettrica
carica di colore
Quantum Mechanics
• Behavior of atoms and particles is described by
Quantum Mechanics
• Certain properties such as energy can have
only discrete values, not continuous values
What Holds the World Together?
• We have learned that the world is made up of
six quarks and six leptons
• Everything we see is a conglomeration of
quarks and leptons (and their antiparticles)