Tabella sintetica delle particelle

Particelle elementari

Sembra che le particelle totali che le teorie discutono abbia raggiunto il numero 248 (particelle+antiparticelle+bosoni+gravitini

+higgs+particelle supersimmetriche+antiparticelle supersimmetriche...).

Esiste una ordinata tabella sintetica che le contiene tutte?

Grazie.

Ilario Dall'ara
2 dicembre 2008

Negli acceleratori di particelle elettroni, protoni o nuclei atomici vengono fatti scontrare ad altissima velocità, prossima a quella della luce. In seguito all'impatto, numerosissime altre particelle vengono prodotte. Ogni particella è caratterizzata dalla sua massa e da alcune cariche, come la carica elettrica, o altre magari meno conosciute come l'isospin o la carica di colore. Ciascuna di queste cariche determina come una particella interagisce con le altre.
La quasi totalità delle particelle prodotte negli acceleratori decade rapidamente producendo particelle più leggere stabili.

Il successo della fisica delle particelle del nostro secolo sta nel fatto che possiamo descrivere la produzione di così tante particelle distinte attraverso le interazioni di un numero limitato di esse che
sono inserite in un modello che chiamiamo Modello Standard delle Particelle Elementari.

Una tabella delle particelle elementari può essere trovata ad esempio qui.

Le particelle si distinguono in fermioni, come leptoni e quark, che costituiscono la materia, e bosoni, come il fotone, che trasmettono le interazioni fra le particelle. L'unica particella fondamentale predetta dal Modello Standard che non è ancora stata osservata direttamente negli osservatori è il bosone di Higgs. Il suo ruolo è quello di definire, attraverso le sue interazioni, la massa di tutte le altre particelle.

Una delle ragioni principali per cui è stato costruito il grande acceleratore LHC al CERN di Ginevra è proprio l'osservazione del bosone di Higgs.

Ai fermioni della tabella vanno aggiunte le rispettive antiparticelle, che sono identiche a parte il fatto di avere tutte le cariche di segno opposto.
Inoltre i sei quark (e i 6 antiquark) esistono in tre colori diversi e i gluoni in otto combinazioni di colori che includono già le rispettive antiparticelle. I due bosoni W sono rispettivamente antiparticella l'uno dell'altro mentre il fotone e il bosone Z sono antiparticelle di se stesse. Questo porta il numero totale di particelle a 62.

A questa lista si può aggiungere il gravitone, che si suppone sia incaricato di trasmettere la forza di gravità. Tuttavia, per confermare pienamente la struttura del gravitone, sarebbe necessaria una teoria quantistica della gravità, che ancora non è stata formulata. Alle scale subatomiche studiate negli acceleratori, l'interazione gravitazionale è molto più debole delle altre e per questa ragione la
sua natura quantistica è irrilevante per gli esperimenti che vi sono condotti.

Il Modello Standard è una delle teorie più accurate che la fisica abbia prodotto. Molti risultati sperimentali sono predetti con altissima precisione dalla teoria. Tuttavia, alcune caratteristiche, come la distribuzione delle masse delle particelle fondamentali e la natura del bosone di Higgs, non hanno una giustificazione teorica soddisfacente.
Per questa ragione sono state elaborate moltissime estensioni del Modello Standard che prevedono l'esistenza di altre particelle.

Il tipo di estensione alla quale fa riferimento il lettore è nota come “supersimmetria”. La supersimmetria è una proprietà della natura, fino ad ora solo congetturata, che prevede che per ogni bosone esista un fermione corrispondente (il partner supersimmetrico) e viceversa.
Esistono numerosi modelli supersimmetrici, il più semplice dei quali è il Modello Standard Supersimmetrico Minimale, che prevede che ogni particella (e antiparticella) del Modello Standard abbia uno e un solo partner supersimmetrico, arrivando così a 124 particelle, o 126 se si
aggiunge il gravitone e il suo partner, il gravitino.

Il numero di 248 suggerito dal lettore si riferisce probabilmente a uno dei numerosi altri modelli, che includono ad esempio la presenza di più partner supersimmetrici per ogni particella e l'introduzione di nuove particelle e nuove interazioni fra queste ultime e quelle del Modello
Standard.

È importante sottolineare che nessuno di questi modelli ha per ora avuto alcun riscontro sperimentale. Un altro degli scopi principali degli esperimenti condotti nell'acceleratore LHC (oltre alla scoperta del bosone di Higgs) è proprio quello di indagare la presenza di nuove particelle, tra cui i partner supersimmetrici, per poter falsificare alcuni dei modelli che sono stati proposti e supportarne altri, oltre ad eventualmente suggerire come costruirne e interpretarne di nuovi.

Sul sito del Particle Data Group sono disponibili tutti o quasi i dati più importanti che sono stati raccolti sulle particelle prodotte negli acceleratori, sia quelle fondamentali, sia quelle composte, oltre ad alcune descrizioni dei
modelli teorici. L'informazione è di tipo tecnico ma contiene anche tabelle riassuntive accessibili a un pubblico non specializzato.

Giuseppe Milanesi

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