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Lo straordinario viaggio dei quark: come sono diventati i mattoni dell'universo.
Tra gli infiniti misteri dell'universo, i quark sono considerati gli elementi costitutivi fondamentali della materia. In quanto particelle fondamentali, costituiscono, insieme agli elettroni, tutta la materia visibile. I quark si combinano in diversi modi per formare particelle composite chiamate adroni (come protoni e neutroni), che sono i principali elementi costitutivi dei nuclei atomici. Mi chiedo perché queste minuscole particelle possano diventare i mattoni costitutivi dell'universo?
I quark sono le uniche particelle elementari nel Modello Standard della fisica delle particelle che sono soggette a tutte e quattro le forze fondamentali (elettromagnetismo, gravità, interazione forte e interazione debole).
I quark si presentano in sei diversi gusti: up, down, strange, charm, bottom e top. I quark up e down hanno le masse più piccole, mentre altri quark pesanti, come i quark strange, i quark charm, i quark bottom e i quark top, possono solitamente essere prodotti solo in collisioni ad alta energia. Queste collisioni ad alta energia possono essere ottenute tramite esperimenti che utilizzano raggi cosmici o acceleratori di particelle. Si pensa che nelle fasi primordiali dell'universo, all'inizio della creazione, nella cosiddetta epoca dei quark, questi quark pesanti esistessero a temperature e densità estremamente elevate.
I quark non possono esistere da soli a causa di un fenomeno chiamato confinamento del colore: possono esistere solo in combinazione con gli adroni.
I quark sono unici non solo per le loro proprietà fisiche, ma anche per l'origine del loro nome. Il nome quark fu coniato dai fisici Murray Gell-Mann e George Zweig nel 1964, in onore dell'opera Finnegans Wake di James Joyce. Questa denominazione riflette l'esplorazione e il pensiero scientifico di questo nuovo concetto di particella.
Ogni quark ha la sua antiparticella corrispondente, chiamata antiquark, e, a parte le sue proprietà, tutte le altre caratteristiche sono le stesse.
Nel modello a quark, le combinazioni di quark formano due classi principali di adroni: i barioni (come protoni e neutroni) e i mesoni. Le proprietà di queste particelle variano a seconda del contenuto e delle proprietà dei loro quark. Grazie a ricerche approfondite sugli adroni, comprendiamo gradualmente le proprietà e i comportamenti dei quark. In particolare, la carica di colore posseduta dai quark consente loro di partecipare a interazioni forti e di formare strutture stabili.
Nella storia della fisica delle particelle, l'esistenza dei quark fu inizialmente accolta con grande scetticismo. Nel 1968, durante l'esperimento della fessura profonda, la comunità scientifica osservò per la prima volta l'esistenza di alcune particelle puntiformi nel protone, più piccole del protone stesso, che fornirono una prova fondamentale dell'esistenza dei quark. Questi risultati sperimentali dimostrano che il protone non è una particella elementare, ma una particella composita formata da piccoli quark.
Le proprietà dei quark, come la carica elettrica, la massa, la carica di colore e lo spin, conferiscono loro un ruolo centrale nella fisica.
Inoltre, il valore di carica dei quark è frazionario, il che significa che la loro carica non è un multiplo intero della carica di base. Questa caratteristica rende il ruolo dei quark nell'universo ancora più unico. La peculiare esistenza e il comportamento dei quark li rendono un elemento fondamentale del Modello Standard della fisica delle particelle. Ovviamente i quark contribuiscono non solo all'esistenza della materia, ma determinano anche la stabilità dei nuclei atomici e la struttura dell'intero universo.
Man mano che i fisici approfondiscono lo studio di queste affascinanti particelle, scoprono gradualmente le complesse interazioni tra di esse. Tuttavia, i quark sono ancora pieni di misteri irrisolti. Nella creazione dell'Universo, possiamo acquisire una comprensione più approfondita di come queste particelle fondamentali influenzano la struttura della materia e l'Universo così come lo conosciamo?
