Le interazioni fondamentali nell'universo
Luciano Maiani
Quali sono le forze che agiscono nell’Universo? e come determinano il moto dei corpi, dalle stelle agli atomi, ai nuclei atomici, e oltre?
Partendo da Galileo e dalla gravitazione universale di Newton, Luciano Maiani illustra il percorso che ha portato all’identificazione dei componenti elementari della materia nucleare, i quark.
Resta molto da scoprire. Analogie importanti tra le forze elementari suggeriscono la loro unificazione in un unico schema concettuale. Un passo in questa direzione è la scoperta del cosiddetto Bosone di Higgs (CERN, 2012) che ha confermato l’unificazione delle forze elettromagnetiche e deboli. La ricerca dell’unificazione della forza di gravità con le altre forze fondamentali e con le leggi della Meccanica Quantistica è una delle frontiere più attive della Fisica Fondamentale.
Partendo da Galileo e dalla gravitazione universale di Newton, Luciano Maiani illustra il percorso che ha portato all’identificazione dei componenti elementari della materia nucleare, i quark.
Le forze gravitazionali dominano il moto dei corpi di grandi dimensioni ma non sono rilevanti a livello atomico e subatomico. Forze gravitazionali, forti, elettromagnetiche e deboli, invece, agiscono insieme nei primi istanti dopo il BigBang, in un Universo di dimensioni microscopiche, popolato da quark e leptoni di altissima energia. Le proprietà fisiche dei quark e dei leptoni hanno determinato l’evoluzione successiva, per formare le strutture che osserviamo oggi, galassie, stelle, pianeti. La possibilità di descrivere la materia microscopica e l’Universo primordiale con le stesse leggi è un successo straordinario della Fisica moderna.Un risultato straordinario di queste ricerche è che solo tre tipi di forze determinano la struttura della materia conosciuta, agendo sui quark e sulle altre particelle elementari non nucleari, i leptoni. Sono le forze forti, che legano protoni e neutroni nei nuclei atomici (Hideki Yukawa, 1934) le familiari forze elettromagnetiche, che determinano struttura e proprietà degli atomi, e le forze deboli, responsabili di alcuni tipi di decadimenti radioattivi (Enrico Fermi, 1932).
Resta molto da scoprire. Analogie importanti tra le forze elementari suggeriscono la loro unificazione in un unico schema concettuale. Un passo in questa direzione è la scoperta del cosiddetto Bosone di Higgs (CERN, 2012) che ha confermato l’unificazione delle forze elettromagnetiche e deboli. La ricerca dell’unificazione della forza di gravità con le altre forze fondamentali e con le leggi della Meccanica Quantistica è una delle frontiere più attive della Fisica Fondamentale.