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FISICA/ Una parte su un milione: la precisione svizzera che piacerebbe a Fermi

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Enrico Fermi  Enrico Fermi

Da quando Newton capì che la stessa forza di gravità che fa cadere le mele dagli alberi tiene in orbita la Terra intorno al Sole, l'idea di universalità delle forze è diventata un concetto base della fisica moderna. Dalla seconda metà del novecento, sappiamo che vi sono solo quattro forze universali in natura: oltre alla gravità c’è la forza elettromagnetica, che lega gli elettroni negli atomi, è alla base delle reazioni chimiche e si manifesta in forme che vanno dalla luce, alle correnti elettriche, all'attrazione di una calamita.

 

C’è poi la forza forte, che tiene legati i quark nei protoni, e i protoni nei nuclei atomici, è responsabile della stabilità della materia di cui siamo fatti e la cui energia viene rilasciata nei reattori nucleari. Infine la forza debole, meno evidente ma ugualmente importante, che causa la lenta disintegrazione radioattiva di molti nuclei e, tra l'altro, mantiene caldo il centro della Terra.

 

Ciascuna di queste forze fondamentali è caratterizzata da una cosiddetta costante di accoppiamento che ne determina l'intensità: la costante di Newton per la gravità, la costante “di struttura fine” per l'elettromagnetismo, la costante di accoppiamento forte per la forza forte e la costante di Fermi per la forza debole. L'universalità implica che misure di queste costanti diano lo stesso valore anche se fatte in ambiti radicalmente diversi. Ad esempio, i valori della costante di Newton estratti da misure con un pendolo di torsione o dalle orbite delle stelle pulsar sono in accordo eccellente: una straordinaria conferma della universalità della gravità.

 

Negli ultimi trent'anni del novecento si è gradualmente capito che tre di queste forze fondamentali - quella elettromagnetica, quella debole e quella forte - possono essere descritte da un'unica teoria: il “modello standard” delle interazioni fondamentali. La mole di dati sperimentali che ne dimostrano la correttezza rende questa forse la teoria verificata con maggiore accuratezza di tutta la fisica contemporanea. I valori delle costanti di accoppiamento delle tre forze unificate nel modello standard sono i dati di base che determinano l'architettura di questa teoria.

 

Nel mondo quantistico, che governa il comportamento delle forze fondamentali a distanze subatomiche, il significato di “costante” di accoppiamento acquisisce una ulteriore complicazione. Infatti, l'indeterminazione quantistica, che ci impedisce di misurare simultaneamente la posizione e la velocità di una particelle, fa sì che una “costante” di accoppiamento sia in effetti una “variabile” che dipende dalla distanza.



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