interazioni forti
interazioni forti
Interazioni fondamentali responsabili del legame dei nucleoni, ovvero i protoni e neutroni nei nuclei atomici. Infatti, le interazioni forti sono così intensamente attrattive a piccole distanze da prevalere sulla repulsione elettromagnetica tra le cariche di ugual segno dei protoni. Già negli anni Trenta del Novecento il fisico teorico giapponese Hideki Yukawa aveva ipotizzato l’esistenza di un mesone leggero per spiegare la corta portata (range) delle interazioni forti. Infatti il range di una forza mediata dallo scambio di un mesone di massa mπ è dato da:
Un range dell’ordine delle dimensioni del nucleo richiede un mesone di massa uguale a circa 100÷200 MeV/c2 e dotato di una interazione molto intensa con i nucleoni. Oggi sappiamo che i mesoni di Yukawa sono i pioni, che esistono in tre stati di carica π+, π0, π− e hanno massa tra 135 MeV/c2 (il π0) e 140 MeV/c2 (i π±). Le interazioni forti sono state studiate fin dagli anni Quaranta del secolo scorso, tra gli altri da Enrico Fermi, con esperimenti di diffusione pione nucleone. La loro notevole intensità si manifesta con sezioni d’urto grandi e con la formazione di risonanze a vita media breve. Con il tempo sono state scoperte moltissime di tali risonanze, ovvero stati adronici soggetti a interazioni forti. La complessità della spettroscopia degli adroni rendeva impossibile descrivere le interazioni forti mediante una teoria basata sui campi relativistici quantizzati degli adroni (simile all’elettrodinamica quantistica, QED). Infine si è compreso che gli adroni sono composti di tre quark (i barioni) oppure di una coppia quark antiquark (i mesoni) tenuti insieme dalle interazioni forti alle quali i quark insieme ai gluoni sono soggetti. A un livello più fondamentale, la cromodinamica quantistica, (QCD), è la moderna teoria delle interazioni forti, in cui i campi fondamentali sono i quark e i gluoni. La QCD è una teoria di gauge come la QED ma con una maggiore complessità, perché alla sola carica elettrica corrispondono 8 cariche di colore e quindi, invece, di un solo bosone di gauge, il fotone, in QCD ci sono 8 gluoni.
→ Interazioni fondamentali; Supersimmetria; Universo