Chimica: le particelle elementari e i loro fenomeni

PARTICELLE ELEMENTARI

Nel xx secolo si determinò la struttura dei nuclei atomici mediante la camera a nebbia e gli acceleratori di particelle, quest’ultimi sparano le particelle a grandi velocità l’una dall’altra, formando fasci di energia che penetrano nella materia, producendo così altre particelle.

La materia è costituita da particelle e antiparticelle. Queste due se si scontrano possono causare l’annichilimento (dove tutta la materia si trasforma in energia), o viceversa, la materializzazione (es. big bang).
Le particelle non sono visibili a occhio nudo e vengono studiate attraverso i detector, capace di studiare la massa, l’energia e la radiazione emessa.
Nella fisica delle particelle, i fenomeni sono particelle che presentano uno spin multiplo di ½. Nel modello standard vi sono due tipi: i quark (protoni e neutroni) e i leptoni (elettroni). I fermioni interagiscono tra loro grazie alle interazioni fondamentali dette bosoni.

I modelli atomici: spiegazione

PARTICELLE ELEMENTARI CHIMICA

Le particelle sono legate da tre forze. La forza nucleare forte è la più intensa ed ha un raggio d’azione corto. Essa agisce tra i quark, legando i protoni ai neutroni nel nucleo. Questa forza fa uso dei gluoni. La forza elettrondebole è mediata dai bosoni Z e W, e si suddivide in: forza elettromagnetica 100 volte minore della nucleare forte, ha un raggio d’azione maggiore e tiene gli elettroni legati al nucleo; forza nucleare debole 100 milioni di volte minore della forza elettromagnetica, agisce sui quark ed è responsabile della radioattività spontanea. Quest’ultima forza può avvenire tra leptoni e quark (interazioni semileptoniche), tra soli leptoni (interazione leptoniche) o tra soli quark (interazioni non leptoniche); forza gravitazionale è 10^36 volte minore della nucleare forte, agisce con corpi con massa, ha raggio d’azione infinito ed è trascurabile per le particelle elementari.

L’interazione tra le particelle che porta a variazioni di energia è realizzata da mediatori, particelle con massa inversamente proporzionale alla distanza su cui agiscono. I mediatori di forza sono delle particelle che sono emesse e assorbite da altre particelle (fermioni).
Per descrivere un’interazione bisogna definire due quantità: il raggio d’azione e l’intensità. Il raggio d’azione è la distanza massima nella quale l’interazione si può ancora esercitare. L’intensità definisce invece i rapporti di forza tra le diverse interazioni. L’intensità delle interazioni dalla più elevata alla meno: interazione forte: gluone, interazione elettromagnetica: fotone; interazione debole: bosoni W e Z; interazione gravitazionale: gravitone. I gluoni interagiscono solo con particelle provviste di una carica di colore, mentre i fotoni interagiscono tra tutte le particelle cariche elettricamente. I bosoni agiscono su tutte le particelle e sono responsabili del decadimento beta. Il modello standard non riesce a dare una spiegazione per quanto riguardano i gravitoni. L’interazione gravitazionale ha un effetto additivo: l’intensità di tutte le particelle si addiziona.

Particelle e atomi: riassunto di chimica

PARTICELLE SUBATOMICHE

Un leptone è una particelle subatomica. Questi sono suddivisi in tre famiglie: gli elettroni, i muoni, le particelle tau e i loro rispettivi neutrini. Il neutrino è una particella elementare. Ha spin ½ e quindi è un fermione. I neutrini non hanno ne carica elettrica ne carica di colore dunque interagiscono solo attraverso la forza nucleare debole e la forza gravitazionale ma può essere trascurabile a causa della sua massa molto piccola.

I quark si differenziano dai leptoni per la carica elettrica +2/3 o -1/3, gli antiquark invece carica inversa. Tutti i quark hanno spin ½. Esistono diversi tipi di quark: up, down, charme, strande, top e bottom. In base alla teoria della cromo dinamica quantistica i quark possiedono una proprietà chiamata carica di colore. Quest’ultima è di tre tipi: rosso, verde e blu. Tutte le particelle conosciute hanno colore neutro. I barioni sono composti da uno R uno V e uno ; i mesoni, invece, sono composti da un quark e da un antiquark. I colori dei quark non sono statici, ma vengono scambiati, sempre mantenendo il risultato neutro.

Particelle subatomiche: riassunto

PARTICELLE SUBATOMICHE: RIASSUNTO

Gli ardoni sono particelle subatomiche composte da fermioni come quark e antiquark, e bosoni come i gluoni. Questi ultimi sono responsabili della forza cromodinamica. Gli adroni sono suddivisi in tre sotto gruppi: i barioni, formati da tre quark; i barsioni esotici, incluso il penta quark, una particella composta da 5 quark; i mesoni formati da coppie di quark e antiquark come i pioni e i kaoni.

Un nucleo è tanto più stabile quanto più elevata è la sua energia di legame nucleare,cioè l'energia necessaria per estrarre il nucleone e portarlo a distanza infinita. Questa energia si può calcolare considerando il difetto di massa del nuclide che è uguale alla differenza tra la massa ottenuta sommando i nucleoni e la massa nucleare calcolata sperimentalmente. Il difetto di massa si è trasformato in energia nel momento della formazione del nucleo atomico (DELTA E=DELTA m c^2). Un nucleo non emette spontaneamente radiazioni (è stabile dal punto di vista energetico) finchè il numero dei protoni è circa uguale al numero dei neutroni n/p=1. Il nucleo degli elementi radioattivi instabili energeticamente tendono a raggiungere uno stato di minor energia (maggior stabilità) emettendo energia di varia natura