L’ATOMO DIVISIBILE
Dr. Stefano Gestri
L.S. “Niccolò Copernico”
Prato, 06-03-2014
SOMMARIO
Premessa
Classificazioni generali
Zoo delle particelle
Forze elementari
Quadro d’insieme
Any question?
Decadimenti radioattivi
Fusione nucleare
Considerazioni finali
Bibliografia e altro
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)
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 FermiDirac: non 2 particelle nello
stesso stato quantico) e
bosoni (statistica di BoseEinstein)
PARTICELLE ELEMENTARI (I)
 Adroni (forte) e 6 leptoni
(svelto; es. elettrone)
 Leptoni: tauone e muone
decadono in elettroni
 Particelle esotiche...
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)

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

FORZE IN NATURA E RELATIVI
VETTORI
(II)
Forze deboli: veicolate dai bosoni
(particelle con massa che
cambiano sapore ai quark) W+, We Z0 (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
QUINDI...
…TO BE CONTINUED
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)
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
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
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.)
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
“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)
BIBLIOGRAFIA VARIA








C. Bianciardi, E. Dilaghi Pistellini Quark, atomi ed elementi chimici
- Giunti Marzocco
AA. VV. - Enciclopedia della
chimica - USES
I. Bertini, F. Mani - Lezioni di
chimica - Cedam
A. Post Baracchi, A. Tagliabue Chimica - Lattes
G. Valitutti, A. Gentile, V. Gerosa,
A. Tifi - Fondamenti di chimica Masson
S. Hawking - Dal big bang ai
buchi neri - Superpocket
J. A. Coleman - Origine e divenire
del cosmo - Feltrinelli
A. Di Meo - Storia della chimica Newton Compton



A. Einstein - Come io vedo il
mondo - Newton Compton
M. Alpert - L’ultima equazione Superpocket
K. Bruckner - Il grande sole di
Hiroshima - Giunti
MINISITOGRAFIA



www.pubmed.org
www.lescienze.it
www.scopus.com