particelle subnucleari. come si vedono oggetti sempre piu piccoli? osservazione visiva: possiamo...
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Particelle subnucleari
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Come si vedono oggetti sempre piu’ piccoli?
Osservazione visiva:possiamo pensare allaluce come costituita dapiccolissime palline:
una sorgente di lucele ‘palline’ della luce urtano un oggettoun certo numero di queste rimbalza eraggiunge il nostro occhio
Quando l’oggetto diventa troppo piccolo l’occhio non basta piu’ e dobbiamo usare altri strumenti
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Lente d’ingrandimento
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Il microscopio
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Il microscopio elettronico Il processo di “vedere” un oggetto e’ sempre lo stesso, basta
sostituire la parola luce con elettroni: una sorgente di elettroni gli elettroni urtano un oggetto un certo numero di elettroni rimbalza e raggiunge l’osservatore
Il nostro occhio pero’ non puo’ vedere gli elettroni, dobbiamo usare un rivelatore di elettroni, ad esempio una lastra fotografica.
e
rivelatore
bersaglio
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Come si e’ arrivati a determinare la struttura interna della materia?
Analizziamo il metodo in figura:una balla di fieno contiene unpezzo di un prezioso metallo dicontrabbando, che dobbiamo scoprire senza distruggere la balla
Possiamo usare un fucile ad aria compressa di quelli che si trovano al luna-park e spariamo a caso nel fieno.Cosa succede?
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Facciamo un viaggio nell’infinitamente piccolo
Il nostro viaggio comincia in un giardino.Ogni volta il lato dell’immagine diminuira’di 10 volte. Cominciamo da un lato di 1 metro.
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0,1 metri
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0,01 metri
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0,001 metri
L'occhio della mosca è composto da centinaia di piccolissime sfaccettature, come un favo di miele.
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0,0001 metri
L'occhio della mosca è composto da centinaia di occhi più piccoli: ogni sfaccettatura è una piccola lente su uno strato di cellule sensibili alla luce.Questa foto è stata scattata con un microscopio a elettroni.
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0,00001 metri ( 5 zeri )
Delle piccole setole poste fra una sfaccettatura e l'altra forniscono l'input sensoriale proveniente dalla superficie dell'occhio
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0,000001 metri ( 6 zeri )
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0,0000001 metri ( 7 zeri )
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0,00000001 metri ( 8 zeri )
Al centro della cellula c’e’ una molecola a spirale stretta denominata DNA. Contiene il materiale geneticonecessario per duplicare la mosca.
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0,000000001 metri ( 9 zeri )
Il DNA è una lunga catena fatta di serie di 4 molecole di proteine.
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0,0000000001 metri ( 10 zeri ) L'atomo di carbonio,ingrediente essenziale per la vita, è per lo più fatto di spazio vuoto. Una nube di sei elettroni, di carica negativa , è in orbita attorno al nucleo, di carica positiva.
Il rapporto di grandezze tra nucleo ed atomo e’ lo stesso che c’e’ per una pallina di golf(il nucleo) al centro di un campo di calcio (l’atomo).
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0,00000000001 metri ( 11 zeri )
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0,000000000001 metri ( 12 zeri )
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0,0000000000001 metri ( 13 zeri )
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0,000000000000001 metri (14 zeri)
Al centro dell'atomo di carbonioc'è un nucleo composto da sei protoni e sei neutroni. Il 99,95% della massa dell'atomo è concentrato in questo minuscolo spazio.
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0,000000000000001 metri (15 zeri)
I protoni e i neutroni nel nucleosono fatti da 3 quark. La fisica delle particelle studia le interazioni tra i quark per capire come si sono formate le particelle all’inizio dell’Universo
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Come studiare l’interno del nucleo?
Per studiare l’interno del nucleo dobbiamo usare dei proiettili che penetrino dentro l’atomo e arrivino al nucleo.
Usare come proiettili altri atominon va bene, perche’ non riuscirebbero ad entrare dentro l’atomo. Dobbiamo usare proiettili piu’ piccoli, cioe’ protoni o elettroni,
molto veloci
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Acceleratori di particelle Il processo di “vedere” un oggetto e’ sempre lo stesso, basta sostituire la sorgente luminosa con acceleratore di particelle:un acceleratore di particelle
le particelle urtano un bersaglio
un certo numero di particelle sono deviate e
raggiungono un rivelatore di particelle
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Per studiare la struttura interna del protone usiamo come proiettili gli elettroni
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A seconda della dimensione della struttura da osservare, dobbiamo quindi usare ‘microscopi’ diversi
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Una persona di 60 Kg… e’ costituita, a livello di particelle elementari, da
31 Kg di neutroni
29 Kg di protoni
16 g di elettroni
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protone neutrone
Come sono fatti il protone e il neutrone?
se questo e’ il quark up
se questo e’ il quark down
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Un problema da capire…
Per risolvere questo problema dobbiamo sapere di più sulla natura
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Le 4 forze della natura
Forte
Elettromagnetica
Debole
Gravitazionale
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I quark interagiscono tra diloro tramite interazione forte
Interazione forte
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Interazione elettromagnetica
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Interazione debole
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Interazione gravitazionale
I corpi che cadono, il moto dei pianeti…
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Vi ricordate il problema?
Ecco la soluzione
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L’energia si trasforma in materia
Negli urti ad altissima energia si creano nuove particelle, che non esistono nella materia ordinaria sulla Terra. La creazione di particelle e’ dovuta ad un
processo di trasformazione di energia in materia. Piu’ alta e’ l’energia a disposizione, piu’ grande e’ il numero di particelle che si possono produrre.
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Cosa conviene utilizzare?
bersaglio fisso
fasci che collidono
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Riassumendo…
La materia ordinaria e’ costituita da protoni, neutroni ed elettroni
Le 4 forze della natura sono: forte, elettromagnetica, debole, gravitazionale
Negli urti ad altissima energia si creano nuove particelle (studio dei primi istanti dell’Universo) che sono composte da
3 quark (come nel caso del protone)
1 quark e 1 antiquark