forze fondamentali: 2014

venerdì 31 gennaio 2014

INTERAZIONE NUCLEARE FORTE

l'interazione forte è una delle quattro interazioni fondamentali conosciute. Questa forza è l'interazione tra i quark mediata dai gluoni.
La forza nucleare forte rende possibile l'esistenza del nucleo atomico. Considerato un nucleo di un atomo qualsiasi, esso sarà composto da un numero di protoni pari al numero atomico e da un numero di neutroni pari al numero di massa diminuito del numero atomicosia.

La forza nucleare forte agisce all'interno dei protoni o dei neutroni, mentre la forza nucleare responsabile di mantenere il nucleo dell'atomo unito è detta forza nucleare forte residuale.

Viene definita forza forte in quanto è la maggiore tra le quattro forze. Sia questa forza sia quella elettromagnetica avvengono attraverso delle particelle di massa a riposo però l'interazione elettromagnetica con lo scambio quantico di fotoni che non hanno carica, mentre l'interazione forte con lo scambio di gluoni, aventi una carica detta di colore, diversa da quella elettrica, che cambia continuamente con il trasferimento di gluoni fra quark.
Un'altra caratteristica fondamentale dell' interazione forte riguarda il fatto che i quark non si manifestano mai isolati: infatti, più si cerca di separarli più il campo di forze si oppone fino a crearne di nuovi
.

INTERAZIONE NUCLEARE DEBOLE
Anche l'interazione nucleare debole, come la nucleare forte quella di gravità e quella elettromagnetica è una forza fondamentale della natura.

Essa può avvenire o tra leptoni e quark (interazione semileptoniche) o tra soli leptoni (interazioni leptoniche) oppure tra soli quark (interazioni non leptoniche), per lo scambio di bosoni, questa interviene sui neutrini per cui la gravità è trascurabile. Questa forza è responsabile del decadimento dei nuclei atomici detto decadimento beta, attraverso essa un neutrone si trasforma in un protone attraverso l'emissione di elettroni e neutrini.
Inoltre questo tipo di forza può essere unificata a quella elettromagnetica nella teoria elettrodebole.

Di questa interazione ne esistono due tipi:

1. Interazione a corrente carica

2. Interazione a corrente neutra

La prima coinvolge i bosoni carichi elettricamente W^- e W⁺ , la seconda invece è mediata dalla particella Z⁰

L'interazione debole è l'unica a provocare un cambiamento nella carica di sapore delle particelle coinvolte, ed è anche l'unica a violare la simmetria di parità P, la simmetria di carica C e anche il loro prodotto, ovvero la simmetria CP.

LA TEORIA DEBOLE

Il prototipo dell'interazione debole fu la spiegazione del decadimento beta data da Fermi nel 1933. Questo processo può esser descritto come un'interazione puntiforme di quattro fermioni, con la costante di accoppiamento G, così come per l'elettromagnetica ci la differenza che per la forza nucleare debole c'è una variazione di carica elettrica.

La costante di Fermi

Questa costante ha le dimensioni di [energia]^-2 . La soluzione della situazione è possibile ipotizzare per il fatto che le interazioni deboli siano dovute all'emissione di bosoni vettori. Così questa interazione è proporzionale a:

$\frac{g^2}{(M^2-q^2)}$

dove g è la "vera" costante di accoppiamento debole, adimensionale, M è la massa del bosone vettore e q è il momento da esso trasportato. Perciò, nel caso in cui

$q^2 \ll M^2$

(come per il decadimento beta) si ha un'interazione puntuale con costante di accoppiamento proporzionale alla G di Fermi:

$\frac{G}{\sqrt2}=\frac{g^2}{8M^2}$

Esistono poi altre teoria come la violazione della simmetria P e C, oppure l'universalità debole, o ancora la teoria di Cabibbo e la violazione di CP.

LA TEORIA ELETTRODEBOLE:

Ciò mostra anche come l'interazione debole non sia debole perché è debole la costante di accoppiamento g, ma perché M è molto grande. Se infatti g fosse dell'ordine di e, allora a energie dell'ordine di M e oltre, l'interazione debole ed elettromagnetica avrebbero la stessa intensità.

Il modello standard descrive la forza elettromagnetica e l'interazione debole come due aspetti di una stessa forza, l'interazione debole.

Secondo la teoria elettrodebole ad energie molto alte, che si sono verificate per pochi instanti dopo il big bang, l'universo possiede quattro campi vettoriali relativi a un'unica forza elettrodebole, i quali vengono assimilati da tre dei quattro campi elettrodeboli fornendo loro la massa. I tre campi massivi diventano i bosoni W e Z dell'interazione debole, mentre il quarto conserva le caratteristiche iniziali ancora presenti nell'universo attuale.

La teoria funziona molto bene e ha permesso la formulazione di predizioni che si sono poi dimostrate vere.

giovedì 30 gennaio 2014

L'INTERAZIONE ELETTROMAGNETICA

L'interazione elettromagnetica anch'essa è una delle quattro forze fondamentali. Il suo mediatore è il fotone. L'elettromagnetismo è ciò che studia questo tipo di interazioni. Questa costituisce una teoria scientifica fondamentale grazie alla quale si possono spiegare fenomeni naturali come l'elettricità o il magnetismo. Inoltre ciò è stato il primo esempio in fisica di unificazione di due forze ovvero quella elettrica e quella magnetica.

Questa interazione è responsabile della forza tra oggetti che hanno una carica elettrica, e quindi sono fonte di un campo elettromagnetico. Essa inoltre ammette dei casi particolari quali i fenomeni elettrostatici e quelli magnetostatici.

Dalla teoria elettromagnetica si originano importanti branche teorico-applicative riguardanti le correnti elettriche attraverso la teoria dei circuiti, l'elettrotecnica e l'elettronica.

STORIA:

La teoria dell'elettromagnetismo è stata sviluppata a partire dal XIX secolo e nasce dall'osservazione di una correlazione tra i fenomeni dell'elettricità e del magnetismo.

Da ciò, nella seconda metà del diciottesimo secolo Charles Augustine de Coulomb formulo la legge di Coulomb attraverso cui si può quantificare la forza elettrica attrattiva o repulsiva che due corpi si scambiano a distanza.

La legge di Coulomb afferma che per una carica puntiforme $Q$ posta in $\mathbf r'$ il campo elettrico, in un punto qualsiasi $\mathbf r$ , è definito dalla seguente espressione;

$\mathbf E(\mathbf r) = \frac {Q}{4 \pi \varepsilon} \frac {\mathbf r - \mathbf r'}{\left \| \mathbf r - \mathbf r' \right \|^3}$

dove $\varepsilon$ è la costante elettrica caratteristica del materiale in cui si propaga il campo.

Un'altra importante figura in questo campo fu André-Marie Ampère. Fece una formulazione di tipo matematico basato sulla forza esercitata da un campo magnetico sulla corrente elettrica. Egli tramite il suo esperimento concluse che tra due fili di lunghezza $l$ e distanza $d$ , percorsi rispettivamente da una corrente di intensità $i_1$ e $i_2$ , si esercita una forza il cui modulo è:

$F = \frac{\mu_0}{2 \pi} \; \frac{i_1 \cdot i_2 \cdot l}{d}$

dove $\mu_0$ è la costante di permeabilità magnetica nel vuoto. La forza fra i due fili è attrattiva se le correnti scorrono nello stesso verso, repulsiva se scorrono in versi opposti. Fu chiaro allora che l'unica sorgente del campo magnetostatico sono cariche in moto, ovvero una corrente elettrica.

venerdì 17 gennaio 2014

interazione gravitazionale

L'interazione gravitazionale nella fisica classica, rappresenta una forza di attrazione conservativa che agisce tra due corpi e la sua manifestazione più evidente è la forza peso.
Questa nella relatività generale è considerata una conseguenza della curvatura spazio temporale, creata dalla presenza di corpi dotata di massa o energia.
Il campo che ne deriva (campo gravitazionale) è un campo tensoriale.

STORIA
Platone e Aristotele: essi ritenevano che solo alcuni corpi fossero soggetti alla gravità e per questo li chiamavano gravi. Tra questi erano esclusi il sole, i pianeti, le stelle e la luna; il loro movimeto era circolare.
Aristotele pensava che oggetti di peso diverso cadessero a velocità diverse. L'opinione fu poi confutata da Filopone nel VI secolo d.C. e poi ripresa da Galileo.
Keplero: egli stabilì che le orbite dei pianeti fossero ellittiche, pensava però che il loro movimento fosse dato da una forza divina emanata dal sole.
Newton: egli capì che la forza che causa la caduta di una mela sulla terra, mantiene i pianeti in orbita intorno al sole e la luna intorno alla terra.

La legge di gravitazione universale:
F 2,1 (r)= G m1m2/r^3(r)=G m1m2/r^2(u)

Le interazioni o forze fondamentali, in fisica, si riferiscono alle forze naturali non riconducibili ad altre. Queste sono alla base di fenomeni fisici e responsabili della struttura della materia e dell'universo.

sono state individuate 4 forze fondamentali:

l'interazione gravitazionale
l'inteazione elettromagnetica
l'interazione nucleare debole
l'interazione nucleare forte