L’Atomo e le Particelle Elementari

Descrizione

Il mondo delle particelle elementari in un viaggio entusiasmante e avvincente, dove l’infinitamente grande e l’infinitamente piccolo si intrecciano senza sosta. L’intento di questo libro è di fornire un quadro il più possibile completo, aggiornato e chiaro sullo stato attuale delle nostre conoscenze in materia di fisica atomica, nucleare e subnucleare. L’approccio ai problemi è interamente divulgativo e riservato a qualunque tipo di lettore curioso e disposto a ragionare sul perché e sul come dei fenomeni descritti. Proprio per questa ragione l’autore tende a non dare nulla per scontato al fine di guidare il lettore ad una comprensione più lucida e chiara possibile delle problematiche trattate da una materia che presso gli addetti ai lavori è altamente matematica.

L’autore vuole trasmettere al lettore il messaggio affascinante che il mondo delle particelle elementari ci invia, mostrando anche come il mondo dell’infinitamente piccolo sia strettamente legato al mondo dell’infinitamente grande.

Sezioni del libro

La prima parte – storica – illustra in maniera essenziale ma completa la nascita del concetto di “atomismo” presso gli antichi fino alla nascita del metodo sperimentale moderno che portò prima ad un pieno sviluppo della chimica e poi alla nascita della fisica atomica.

La seconda parte – di fisica atomica – illustra in progressione storica tutti i più importanti traguardi che hanno portato alla scoperta delle particelle fondamentali che costituiscono l’atomo, mostrando anche il parallelo sviluppo della meccanica quantistica, fino alla messa a punto del modello atomico definitivo (protoni e neutroni nel nucleo ed elettroni negli orbitali esterni) – quello di Bohr – interamente basato sulla meccanica quantistica e sull’interazione tra radiazione (i fotoni) e materia. In questo contesto viene anche rivisitato il concetto di legame chimico.

La terza parte – di fisica nucleare – presenta tutti i meccanismi che hanno origine nei nuclei atomici, in particolare il decadimento radioattivo, la fissione nucleare e la fusione nucleare. Poi si passa a illustrare in dettaglio i processi di fusione nucleare che hanno luogo nel Sole e nelle stelle, come meccanismo principale che ha dato luogo alla formazione di tutti gli elementi chimici (intesi come aggregati di atomi) conosciuti nell’universo attraverso il meccanismo della “nucleosintesi”. In questo contesto viene discusso anche il ruolo fondamentale dei neutrini solari. In questa parte trova posto anche una sezione particolarmente completa che introduce il lettore al misterioso meccanismo della “fusione fredda”. La seconda e la terza parte del libro sono le basi necessarie per comprendere quella successiva.

La quarta parte – di fisica subnucleare – è sicuramente la più importante, ricca e affascinante di questo volume. In essa si mostra come le particelle costituenti i nuclei atomici siano in realtà scomponibili in particelle molto più piccole come i quark e come gli elettroni facciano parte di una classe di particelle fondamentali denominate leptoni, in un contesto in cui sia quark che leptoni costituiscono quei mattoni fondamentali della materia che sono i fermioni. Si arriva a questo punto a fissare la classificazione delle particelle nota come “Modello Standard”, dove i fermioni interagiscono costantemente con altre fondamentali particelle – i bosoni – il cui scopo è quello di trasmettere la forza ai fermioni. A questo punto si introduce il lettore alle 4 interazioni fondamentali che reggono il mondo e che si basano proprio sul modo in cui le varie particelle si rapportano tra loro, illustrando sia il quadro emerso dal Modello Standard che il quadro di grande unificazione proposto dalla rivoluzionaria teoria delle superstringhe.

Si passa poi a presentare in grande dettaglio e chiarezza i metodi utilizzati dai fisici per studiare le particelle elementari, e cioè quello che succede con gli acceleratori di particelle e le informazioni che possono essere estratte studiando i raggi cosmici. Poi vengono presentati i grandi problemi ancora aperti della fisica particellare che si riflettono direttamente anche in alcuni grandi enigmi dell’astrofisica e della cosmologia, in particolare la natura della “materia oscura”, la ricerca delle “superparticelle”, dei monopoli magnetici e dei mini-buchi neri, e “l’ipotesi ultima” sul misterioso “bosone di Higgs”, quella particella che dovrebbe conferire massa a tutte le particelle conosciute. Alla fine si mostra in maniera incalzante il modo in cui tutte le particelle elementari conosciute si sono formate di pari passo con l’evoluzione dell’Universo.

Nella quinta parte del libro – di riflessioni filosofiche – l’autore commenta i risultati della fisica dell’infinitamente piccolo in generale convalidandone l’efficacia ma anche mostrandone i limiti, soprattutto quando la scienza rifiuta di prendere in esame anche “teorie alternative” che potrebbero contribuire a risolvere almeno una parte degli interrogativi ancora aperti. In questa parte c’è anche un invito al lettore curioso a interpretare le “metafore” che le interazioni particellari sembrano insegnarci. Alla fine di ciascuna delle prime 4 parti il lettore trova un breve riassunto e una batteria di domande che gli permettano di verificare in maniera rilassata quanto ha appreso.

Perché acquistarlo

Questo libro non intende essere un trattato standard di fisica nucleare, ma molto di più, dal momento che con esso si intende trasmettere non solo la comprensione del mondo dell’infinitamente piccolo ma anche la passione e la curiosità che spinge alcuni scienziati a intraprendere queste ricerche. Il carattere del libro, anche se molto dettagliato e completo, è interamente divulgativo. Esso contiene molte illustrazioni ad effetto in grado di aiutare il lettore ad una comprensione che sia la più efficace possibile. Nel testo, di pari passo con ogni argomento trattato, vengono proposte molte analogie intuitive che possono portare il lettore a visualizzare concetti che altrimenti sarebbero difficili da digerire.

Un libro adatto a…

Questo libro si presta sia alla lettura di un pubblico generale curioso che come testo di aggiornamento per gli insegnanti di matematica e fisica dei licei, ma anche come compendio introduttivo e ragionato agli studenti universitari che si accingono ad affrontare lo stesso argomento con strumenti tecnici.