fisica spicciola...molto spicciola!

[vecchione]

Piccole note di fisica spicciola riferite agli acceleratori

indice
l’argomento è diviso in capitoli, dove ogni serie riguardante lo stesso argomento è sviluppata, per quanto possibile, in ordine cronologico.

Capitoli
- 1 – 5…: L’atomo, elemento fondamentale per l’argomento in essere,
- 6 – 10..: Progressivo addentrasi della scienza nel mondo subatomico,
- 11……..: Dedicato alle 4 forze fondamentali,
- 12,13…: Brevissima storia della ricerca relativa alle particelle,
- 14,...….: Teoria standard, quella attualmente in uso,
- 15…….: Una domanda generica sull’utilità della ricerca,
- 16…… : Breve spiegazione sul mondo dell’infinitamente piccolo,
- 17…….: Finanziamenti per le ricerche in Europa e negli USA,
- 18…….: Breve illustrazione sul CERN di Ginevra e sui ricercatori italiani,
- 19…….: Gli acceleratori sono indispensabili per lo studio delle particelle,
- 20…….: Alcuni termini usati in campo subatomico,
- 21 – 30: Acceleratori e Rivelatori, nascita e sviluppo,

premetto che, anche solo volendo parlare di fisica, è molto facile cascare nel nozionismo e nelle note tecniche, formule comprese, ma questo si trova facilmente nei sacri testi, mentre qui intendo provare a costruire un quadretto d’assieme - trascurando nomi, date e tanto più formule (che comunque sarebbero al di sopra delle mie possibilità) – cercando di renderlo tendenzialmente discorsivo e facilmente leggibile, il tutto mirato ad illustrare la sequenza delle scoperte e dei progressi scientifici avvenuti nel mondo dell’infinitamente piccolo, per arrivare infine a parlare degli acceleratori, che di fatto non sono altro che enormi microscopi che consentono lo studio delle particelle sub nucleari.
Diciamo che il tutto ha avuto origine nel periodo che và più o meno dal 1880 al 1910...un trentennio d’oro per la scienza, pieno di sorprese e scoperte apparentemente definitive, tanto da illudere gli stessi ricercatori e portare Lord Kelvin, nel 1900, ad affermare che ”non c’è più nulla di nuovo da scoprire nella fisica…”

1)- Concetto di atomo.
Non si può neppure iniziare se prima non se ne fornisce qualche spiegazione.
Questa parola è di origine greca, proposta nel 450 AC da un filosofo chiamato Democrito, il quale arrivò a pensare che, dopo tutti i possibili frazionamenti, si dovesse arrivare infine ad un pezzettino piccolissimo ed indivisibile di materia che chiamò per l’appunto àtomos (indivisibile), da cui “atomo”.
Questo concetto resistette per molti secoli, ovvero sino a quando (fine 800),durante esperimenti vari relativi all’elettricità, in un tubo sottovuoto contenente due poli metallici, il catodo (positivo +) e l’anodo (negativo -) tra i quali era stato creato un arco elettrico, non comparve nella zona catodica (+) una luminescenza verdolina.
I ricercatori riscontrarono che tale luminescenza era generata da particelle sottratte agli atomi dell’anodo (-) grazie all’energia impiegata per creare l’arco elettrico (queste particelle vennero poi chiamate elettroni, presumibilmente perché originati dall’elettricità). Già…... ma se un atomo poteva cedere qualcosa, questo sottintendeva che era divisibile e composto almeno da due particelle, una delle quali si stimò che fosse per l’appunto l’elettrone, con carica negativa. Anche se restava ignoto sia il numero effettivo sia il tipo dei suoi componenti, nel 1900 si dovette così acquisire la ragionevole certezza che l’atomo fosse costituito almeno da due elementi.
Poco dopo, sempre durante l’uso dei tubi sottovuoto, si scopri una nuova radiazione, che andava però verso il polo negativo (anodo -) e le cui tracce furono perciò definite in un primo tempo come “raggi positivi” (perché presumibilmente partivano dal polo positivo (catodo +); lavorandoci sopra, i ricercatori pensarono che la particella originante tali raggi poteva essere la particella ignota ma sicuramente esistente e presente nell’atomo; inoltre, poiché risultava molto penetrante, visto che “passava” facilmente attraverso i vari materiali, era da considerarsi particella piccolissima; avendo essa carica positiva fu chiamata protone e si pensò pertanto che fosse l’altro costituente fondamentale dell’atomo stesso, opposto all’elettrone. Questa tesi era avvalorata dal fatto che gli elettroni erano negativi ma, essendo l’atomo nel suo complesso neutro, necessitava di un componente positivo che lo rendesse tale….e questo apparentemente confermava il concetto dei due elementi suddetti come costituenti l’atomo.
(Nota: bisogna arrivare agli anni 50 per poter veramente “vedere” gli atomi, utilizzando un microscopio ionico a scansione di campo con 5.000.000 di ingrandimenti)
Merita comunque rilevare che tutto sommato il pensiero greco è valido ancora adesso, perché anche la scienza moderna ritiene che esistano oggetti indivisibili, solo che li cerca molto più nel profondo, ovvero nel subatomico; Democrito si è fermato parecchio prima e del resto non poteva fare diversamente, ma il principio è lo stesso.

[Leif]

Non ne capisco niente
pero mi piace molto

da internet sono andato a curiosare
su alcune cose di elettronica, tra cui catodo e anodo ecc...
dovevo costruirmi in impianto stereo con luci led sparse
amplificatori filtri
fili
interruttori
relè
fusibili vari
condensatori
considerando che un impianto fatto bene era molto costoso
l'unica opzione era il fai da te
( l'ho fatto dopo tanto tempo acquistando un pezzo per volta)
ora penso che quasi tutto gira in torno quello che stai scrivendo e scriverai ancora
complimenti vecchione

[ziomauri]

Molto bello ... aspetto il seguito !

[Adrian Pablo]

🤨🧐🤯

[vecchione]

2)- Proseguono gli studi sulla struttura dell’atomo
Nel frattempo proseguivano le ricerche sui materiali radioattivi, dai quali si riscontrava l’emissione di un fascio di raggi in cui, oltre agli elettroni, risultava presente qualche altra particella. Questa particella venne individuata con precisione e fu chiamata alfa; poco dopo se ne individuò una terza, chiamata gamma..( la seconda sono gli elettroni, che sotto forma di radiazione si chiamano beta)...e sono le prime lettere dell'alfabeto greco.
(è bene anche ricordare che le analisi di base sulle particelle erano e sono effettuate facendo loro attraversare un campo magnetico, in fondo al quale sussiste un bersaglio ed a seconda di dove esse vanno ad impattare ed al tipo di curva che percorrono prima di farlo, si può stabilire l’intensità e la carica delle stesse).
La scoperta e la disponibilità delle particelle alfa consentì ulteriori ricerche e negli esperimenti effettuati sparandole contro dei sottili fogli di metallo si riscontrò che alcune di queste (molto poche) venivano deviate o rimbalzavano, mentre la maggior parte passava attraverso il foglio di metallo senza deviazioni e colpiva la lastra fotografica posta dietro; i ricercatori si consolidarono nel pensare che “il nucleo” dell’atomo (ovvero di ogni atomo del foglio metallico), fosse qualcosa di veramente molto piccolo e di molto compatto, perchè ben poche particelle lo colpivano; ipotizzarono inoltre che, poichè era relativamente facile “staccare” gli elettroni mediante immissione di energia, questi dovevano essere "a portata di mano" e forse addirittura formare la superficie della sfera chiamata atomo.

[ziomauri]

[geronimo]

Porcaccia la miseria, mi hai fatto tornare all'Istituto Tecnico
Mi sono diplomato nel '68 e le conoscenze di allora non arrivavano a tanto.

Vai Vecchione

[vecchione]

3) – Rappresentazione base dell’atomo
Riepilogando, si può dire che nei primi anni del 900 si arrivò alla conclusione che l’atomo fosse una sfera cava comprendente un piccolissimo nucleo estremamente compatto, formato da protoni con carica positiva e contenente tutta la sua massa, circondato da una “nebbia” di elettroni con carica negativa che definiva il volume della sfera costituente l’atomo, ma che, vista la loro “leggerezza”, non incidevano sulla sua massa. In seguito è stato dimostrato come il diametro del nucleo sia circa 100.000 volte più piccolo del diametro dell’atomo, quindi l’atomo è praticamente “vuoto”, ...se vogliamo pensarla così!
Ricordarsi la carica elettrica degli elettroni che è negativa.
Comunque i ricercatori erano insoddisfatti: le particelle alfa, beta e gamma...erano le uniche oppure no? Continuando gli esperimenti sullo studio dell’atomo ed in particolare quelli effettuati con uno strumento chiamato scintillografo, si vide che bombardando con particelle alfa il bersaglio opportunamente trattato dello strumento si otteneva una piccola scintillazione, dovuta all’impatto di ogni singola particella, il che consentiva di quantificarle (in effetti si potevano contare ad occhio nudo e per questo si usava tale strumento).

[vecchione]

4)- Modello “aggiornato” dell’atomo
Ordinariamente, nei vari disegnini, l’atomo viene rappresentato come un grosso punto, il nucleo, composto da tante palline (protoni e neutroni, rappresentati con colori diversi) e circondato da altri puntini più piccoli (gli elettroni) che percorrono precise orbite intorno al nucleo. Tutte le orbite disegnate hanno in genere lo stesso diametro in modo che formano, per cosi dire, la superficie esterna di una sfera. Anche se questa rappresentazione ha il pregio di “rendere l’idea”, in effetti non è precisa ed è quindi necessaria una maggior informazione in merito, per quanto di massima ed estremamente elementare. Bisogna premettere che la struttura dell’atomo è stata oggetto di svariati
modelli, passando da un qualcosa di puntiforme ed indivisibile a quella di un nucleo circondato da orbite contenenti gli elettroni, per arrivare poi al modello di Bohr ed infine al modello attuale, chiamato “quantomeccanico”, comprendente gli orbitali.
In questo modello si hanno livelli energetici e orbitali, che sono i vari sottolivelli energetici.
I livelli energetici circondano il nucleo formando una serie di gusci (forse potrei portare come esempio una cipolla) ed in questi gusci viaggiano gli elettroni.
Ogni livello energetico è composti da strati (sottolivelli), chiamati orbitali.
Poichè esistono dei rapporti matematici precisi tra la posizione dei livelli energetici rispetto al nucleo, i loro orbitali e gli elettroni, si può definire con opportuni calcoli il numero massimo di elettroni che, per il principio di esclusione di Pauli, ogni guscio (chiamiamolo molto più semplicemente orbita) può contenere ed i cui risultati finali, semplificando moltissimo, sono: max 2 elettroni nella prima, max 8 nella seconda, max 18 nella terza terzo, max 32 nella quarta etc.etc., sino alla settima, che è l’ultima stabilizzata. Per esempio nel caso di un elemento che abbia 15 elettroni (fosforo), questi saranno così distribuiti: 2 nella prima orbita, 8 nella seconda e gli ultimi 5 vanno nella terza: tot. 15. (la cosa è in effetti parecchio più complicata, perché ci sono i gusci degli orbitali, ma detta così forse rende abbastanza l’idea).

[Adriano]

Mi fai tornare indietro... quando all'Università di Padova, alla Facoltà "Galileo Galilei" di Fisica, ad una delle prime lezioni di Fisica 1 il prof mise in moto un pendolo enorme... immaginatevi una classica aula "ad anfiteatro", come si usava una volta, dal soffitto altissimo e con appesa dal soffitto un'asta lunghissima libera di oscillare e con all'estremità inferiore una sfera molto pesante... e da sotto alla sfera fuoriusciva un pennino... che oscillando passava giusto sopra la cattedra, sulla quale era fissato un grande foglio di carta, ed il pennino lasciava una riga ad ogni passaggio...
Il prof, un po' seduto sulla cattedra, un po' in piedi alle lavagne (6, una affiancata all'altra come sui film) che snocciolava spiegazioni e formule per descrivere il moto del pendolo e tutte le sue implicazioni...
Dopo 3 ore di lezione in cui il pendolo lasciava la sua scia impressa sul foglio di carta, abbiamo avuto un'altra dimostrazione pratica... ovvero che la terra ruota su se stessa! Ad ogni passaggio, la scia del pendolo impressa sulla carta era leggermente più inclinata della precedente, e così via via per tutte le 3 ore era evidente che il piano di oscillazione del pendolo si era spostato rispetto alla cattedra, ma in realtà era la cattedra, anzi la Terra, ad essersi spostata!