Fisica nucleare e subnucleare

La fisica è lo studio dei fenomeni della natura e della loro interpretazione in base a leggi il pi`u semplici e generali possibile. Per questo si cerca di interpretare i fenomeni macroscopici come una composizione e successione di interazioni a livello microscopico tra costituenti elementari. Ad esempio, la legge delle proporzioni chimiche di Dalton stabil`ı, all’inizio dell’800, che le reazioni chimiche avvengono rispettando semplici leggi di combinazione: due proporzioni di idrogeno combinate con una di ossigeno ne formano due di acqua, 2 H2 + O2 ! 2 H2O, che interpretato come fenomeno microscopico implica che le quantit`a in gioco dei singoli elementi sono proporzionali ad alcune quantit`a elementari, cio`e che la massa di una mole `e proporzionale alla masse di una molecola, ovvero M(grammo molecola) = N £M(molecola) Un esempio tratto da fenomeni di conduzione elettrica `e la legge di Faraday, della met`a dell’800, per cui in elettrolisi la formazione su un elettrodo di una mole di un elemento monovalente corrisponde ad una quantit`a fissa, F = 96500 C, di carica elettrica. Combinando questa osservazione con la precedente abbiamo per la costante di Faraday F = 96500 C=mole = N £ e dove e `e la carica elettrica elementare. Un altro esempio `e la legge di Boyle. Per una mole di un gas ideale pV = RT. Sulla base degli studi di termodinamica statistica di Maxwell, Boltzmann e Planck della seconda met`a dell’800, sappiamo che la costante dei gas ideali R `e R = N £ k dove k `e la costante di Boltzmann. 10 La costante N che interviene in questi tre esempi di leggi della chimica, elettricit`a e meccanica statitistica `e il Numero di Avogadro il cui valore venne determinato sperimentalmente con precisione solo nel ’900 studiando molti diversi fenomeni N± = 6:02 1023 mole¡1 e possiamo definire la carica elettrica elementare e = F=N± = 1:60 10¡19 C 1.1.1 Il protone Per il sistema atomico pi`u semplice, l’idrogeno, una mole ha la massa di 1 grammo. La massa dell’atomo di idrogeno `e quindi mH = 1 grammo=N± mH = 1:66 10¡27 kg In queste lezioni useremo come unit`a di misura il sistema MKSA che `e quello ufficiale dell’Unione Europea. Per i sistemi microscopici `e per`o pi`u conveniente usare come unit`a di misura di energia l’elettronVolt, eV = 1:60 10¡19 J. Sfruttando l’equivalenza tra energia e massa espressa dalla relazione di Einstein, E = mc2, useremo come unit`a di massa eV=c2 (o i suoi multipli), dove c `e la velocit`a della luce del vuoto c = 3:00 108 m s¡1 In queste unit`a la massa dell’atomo di idrogeno `e mHc2 = 1:66 10¡27 kg £ 9 1016 m2s¡2 = 1:5 10¡10 J = 1:5 10¡10 J 1:6 10¡19 = 0:94 109 eV Poich´e, come vedremo, l’atomo di idrogeno `e uno stato legato protone-elettrone e la massa dell’elettrone `e molto minore di quella del protone e l’energia di legame `e trascurabile, questa `e con buona approssimazione la massa del protone mp = 938 MeV=c2 Il protone `e il primo (dal greco ¼½!¿ o&) cost Continua »