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L’ATOMO DIVISIBILE

L’ATOMO DIVISIBILE. Dr. Stefano Gestri L.S. “Niccolò Copernico” Prato, 06-03-2014. SOMMARIO. Premessa Classificazioni generali Zoo delle particelle Forze elementari Quadro d’insieme Any question? Decadimenti radioattivi Fusione nucleare Considerazioni finali Bibliografia e altro.

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L’ATOMO DIVISIBILE

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Presentation Transcript

  1. L’ATOMO DIVISIBILE Dr. Stefano Gestri L.S. “Niccolò Copernico” Prato, 06-03-2014

  2. SOMMARIO Premessa Classificazioni generali Zoo delle particelle Forze elementari Quadro d’insieme Any question? Decadimenti radioattivi Fusione nucleare Considerazioni finali Bibliografia e altro

  3. UN PO’ DI STORIA… • Dal 1897 scoperta delle prime particelle subatomiche (elettrone, protone, neutrone…) • 1945-1960: scoperta di decine di particelle elementari (oggi oltre 300 - zoo delle particelle, con lettere greche), vive per decimiliardesimi di secondo • Negli anni ‘60-’70 a Stanford (CA, USA) dimostrazioni di quark nello SLAC (acceleratore lineare di elettroni, 2 km, 82650 cavità acceleratrici)

  4. CLASSIFICAZIONI DI BASE • Riordino da parte di Murray Gell Mann (fisico americano Nobel nel 1969), che introduce il termine quark (da “Finnegans’ wake” di J. Joyce) • Materia e antimateria (con carica opposta) • Fermioni (statistica di Fermi-Dirac: non 2 particelle nello stesso stato quantico) e bosoni (statistica di Bose-Einstein)

  5. PARTICELLE ELEMENTARI (I) • Adroni (forte) e 6 leptoni (svelto; es. elettrone) • Leptoni: tauone e muone decadono in elettroni • Particelle esotiche...

  6. PARTICELLE ELEMENTARI (II) • Adroni: barioni (pesante; es. protone; 3 quark; fuori dal nucleo i neutroni vivono 15 min) e mesoni (quark + antiquark = bianco) • 6 quark con sapori diversi, carica +2/3 o -1/3 e colore rosso, verde o blu (totale bianco)

  7. FORZE IN NATURA E RELATIVI VETTORI (I) • Forze extra-forti (di colore o colorate): tengono insieme i quark tramite scambio di gluoni (senza massa, dall’inglese glue = colla); hanno come residuo le forze forti • Forze forti: tengono insieme i nucleoni (a distanze di 10-14 m) tramite scambio di mesoni π o pioni • Forze elettromagnetiche: veicolate dai fotoni (senza massa), tengono uniti elettroni e nucleo; 100 volte più deboli delle forti, hanno come residuo le forze di Van der Waals

  8. FORZE IN NATURA E RELATIVI VETTORI (II) • Forze deboli: veicolate dai bosoni (particelle con massa che cambiano sapore ai quark) W+, W- e Z0 (neutri), agiscono fra adroni e leptoni e spiegano la radioattività β; sono un milione di volte più deboli delle forze forti • Forze gravitazionali: agiscono fra masse, veicolate dai gravitoni (non ancora rivelati) • Teoria delle forze elettron-deboli • Modello standard • Teoria delle stringhe

  9. QUINDI...

  10. …TO BE CONTINUED

  11. DECADIMENTI RADIOATTIVI (I) • Radioattività scoperta alla fine dell’800 (H. Becquerel, M. Curie…) • Nuclidi • Isotopi (stesso numero atomico, ma diverso numero di massa) • Energia di legame media per nucleone (in eV) • Difetto di massa • Decadimenti radioattivi spontanei (naturali) e indotti (fissione nucleare)

  12. DECADIMENTI RADIOATTIVI (II) • Raggi α, β, e γ • Decadimenti radioattivi naturali: α, β-, β+, doppio β (due ravvicinati nel tempo), cattura elettronica o k • Positrone; annichilazione o annichilamento • Cinetiche del primo ordine • Tempi di dimezzamento o di semivita • Famiglie radioattive naturali

  13. DECADIMENTI RADIOATTIVI (III) • Produzione di elementi transuranici • Fissione nucleare indotta: reattore nucleare; nocciolo; combustibile fissile; neutroni lenti; massa critica; barre di controllo; moderatori; sistema di raffreddamento; scorie radiattive; reattori autofertilizzanti; fusione del nocciolo; sindrome cinese; fall-out radiattivo • Bomba atomica

  14. FUSIONE NUCLEARE • Fusione nucleare (10 volte più energetica della fissione) • Sistemi di confinamento: magnetici (es. Tokamak) e inerziali • Bomba a idrogeno: innesco con bomba atomica • Fusione nucleare a freddo: in elettrolisi di acqua pesante con elettrodi di palladio • Sintesi di elementi sulle stelle (catena protone-protone, ciclo CNO o di Bethe, processo α, processo S ecc.)

  15. QUALE FUTURO? • GTU: Grande Teoria Unificata • Cosmogonia (big bang...) • Energie rinnovabili (solare, dal mare, idroelettrica, geotermica, dalle biomasse, eolica) • Fusione nucleare: in linea di massima senza scorie radioattive

  16. “La meccanica quantistica è molto impressionante. Ma una voce interiore mi dice che non è ancora la verità. [...] In ogni caso sono convinto che Egli (Dio) non giochi a dadi.” (A. Einstein)

  17. BIBLIOGRAFIA VARIA • C. Bianciardi, E. Dilaghi Pistellini - Quark, atomi ed elementi chimici - Giunti Marzocco • AA. VV. - Enciclopedia della chimica - USES • I. Bertini, F. Mani - Lezioni di chimica - Cedam • A. Post Baracchi, A. Tagliabue - Chimica - Lattes • G. Valitutti, A. Gentile, V. Gerosa, A. Tifi - Fondamenti di chimica - Masson • S. Hawking - Dal big bang ai buchi neri - Superpocket • J. A. Coleman - Origine e divenire del cosmo - Feltrinelli • A. Di Meo - Storia della chimica - Newton Compton • A. Einstein - Come io vedo il mondo - Newton Compton • M. Alpert - L’ultima equazione - Superpocket • K. Bruckner - Il grande sole di Hiroshima - Giunti

  18. MINISITOGRAFIA • www.pubmed.org • www.lescienze.it • www.scopus.com

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