Acceleratori di particelle

Al presente, i fisici ritengono che le particelle fondamentali in natura includano sei quark e sei leptoni (insieme alle loro antiparticelle). Alcune delle proprietà di queste particelle sono riportate in tabella 3:

Tabella 3- Le particelle fondamentali e alcune delle loro proprietà

Le masse dei quark sono definite "masse approssimate". E' molto difficile determinare la massa di un quark, e non è facile neppure definire cosa si intende per massa di un quark, visto che un quark non può mai essere isolato. Questo è vero in particolar modo per la generazione più leggera (up e down), dato che gran parte della massa dei loro composti (come neutroni e protoni) non deriva dalle masse dei quark, ma dalla loro energia di confinamento.

Si ritiene che solo due tipi di quark esistano in natura (costituiscono la materia ordinaria costituente il nostro mondo): l’up e il down, mentre i quark top, bottom, charm e strange sono esistiti solo per una frazione di secondo dopo il Big-Bang, alla nascita dell’universo.

Tuttavia essi possono essere creati artificialmente con dei potenti acceleratori, che possono quasi riprodurre il Big-Bang "sparando" fasci di particelle gli uni contro gli altri a velocità vicine a quelle della luce. Una volta ogni 5 o 10 miliardi, queste collisioni producono i quark. Sfortunatamente, essi non durano a lungo, solo un trilionesimo di trilionesimo di secondo, prima di trasformarsi in particelle più leggere.

Queste collisioni di particelle elementari ad alta energia possono essere osservate e registrate da dei detectors, come ad esempio Aleph (uno dei 4 esperimenti installati al collisore LEP e⁺ e^- che si trova al Cern).

Questa grande "macchina fotografica" è un bidone fatto per lo più di ferro alto 7 metri e lungo 10 con le pareti spesse 2 metri. Questo bidone è disposto dove avviene l’urto in modo che questo avvenga nel suo centro.
Le particelle che si scontrano sono l’elettrone e il positrone (la sua antiparticella).

Dallo scontro nasce un fuoco d'artificio di tracce. Ogni traccia sta ad indicare che si e' formata una nuova particella e la traccia è la scia lasciata dal suo passaggio: come un aereoplano, la particella e' troppo piccola per essere vista ma la sua scia e' ben visibile. Alcune particelle essendo senza carica elettrica non lasciano scia, ma diventano visibili quando vanno a cozzare contro le pareti. Solo i neutrini riescono a sfuggire senza lasciare traccia del loro passaggio. Guardando le foto di queste collisioni si e' potuto stabilire che tutta la materia è fatta da 2 tipi fondamentali di particelle: i leptoni (come l'elettrone) e i quark. Infatti grosso modo meta' delle foto contengono pochissime tracce (sono quelle coi leptoni), l'altra metà hanno invece molte tracce raggruppate in caratteristici getti (si sono formati i quark). Questi leptoni e quark sono presenti in 3 "generazioni". Ma nei quark non è facile distinguere queste 3 generazioni. I quark sono particelle molto diverse dai leptoni. E' impossibile trovarli da soli e li si ritrova solo a gruppi di 3 come nei protoni oppure a gruppi di 2 (1 quark+1 antiquark) come nei cosiddetti mesoni. I 2 quark prodotti dalla Z₀ (la particella scoperta da Rubbia, la cui energia necessaria per produrla è pari a quella dello scontro tra elettroni e positroni) dato che non possono esistere da soli e allontanarsi, sono costretti, per poterlo fare, a produrre una serie di altre coppie quark, antiquark che poi si combinano a formare gli adroni e i mesoni che si ritrovano nei getti. Sono proprio questi spruzzi di particelle prodotti lungo la direzione del quark iniziale a tradire la loro presenza.

Eventi quark antiquark

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