L’interazione nucleare forte

Intorno agli anni Trenta del XX secolo, grazie al lavoro di Rutheford ed alla teoria dei quanti, sapevamo che il nucleo degli atomi era composto da protoni e neutroni, i primi con carica positiva ed i secondi con carica neutra. Quello che turbava il sonno dei fisici era come poteva rimanere stabile un atomo composto da due o più protoni, essendo infatti queste particelle entrambe di carica positiva avrebbero dovuto respingersi fino al dissolvimento del nucleo atomico.
Un nucleo atomico come quello dell’uranio con 92 protoni era veramente un incubo. Era chiaro che doveva esserci un “collante” molto forte, per soverchiare queste spinte repulsive e mantenere compatto il nucleo.
L’interazione nucleare forte è circa 10.000 volte più forte dell’elettromagnetismo ed è in grado di mantenere compatti atomi che possiedono fino a 100 protoni. Naturalmente per questi particolari atomi , come per l’appunto l’uranio, l’enormità della forza repulsiva, provoca una grande instabilità ed è per questo che l’uranio ha molti isotopi.
Il punto è che nel mondo dei quanti le forze sono generate da particelle che “saltano” avanti ed indietro, in questo caso tra i protoni, tenendoli avvinti al nucleo atomico.
Qual’era la particella responsabile dell’interazione nucleare forte?
Il primo a formulare una teoria credibile fu nel 1935 un fisico giapponese, Yukawa, che ipotizzò che questa particella avrebbe dovuto avere una massa di circa 100 milioni di elettronvolt per tenere conto del breve raggio della nuova forza.
Nel 1936 viene scoperta una particella che ha la massa ipotizzata da Yukawa, il muone. Queste particelle vengono prodotte dai raggi cosmici che collidendo con l’atmosfera terrestre a circa 15 km di altezza, precipitano verso la Terra venendo cosi rilevate.
Si trattava però di un falso indizio. Pur avendo la stessa massa ipotizzata dal fisico giapponese, il muone non era il “responsabile” dell’interazione nucleare forte.
Il muone sembrava una copia dell’elettrone con massa però 200 volte superiore ed una vita di circa due milionesimi di secondo, dopo il quale il muone decade trasformandosi in un elettrone ed una coppia di neutrini.
Ma come faceva una particella di vita cosi breve, generata a 15 km di altezza, a raggiungere la superficie terrestre per essere rilevata?
E come si arriverà a scoprire il pione, ovvero la particella responsabile dell’interazione nucleare forte?
La comunità scientifica dei fisici dovette abbandonare queste ricerche, la seconda guerra mondiale era ormai alle porte ed il loro sapere sarà dirottato a favore dello sforzo bellico.
E noi nel prossimo post, a guerra conclusa, ci addentreremo nella scoperta del pione e nel suo strettissimo legame con il muone, una particella che nessuno sapeva in che contesto collocare e quale fosse la sua funzione in natura tanto che un celebre fisico statunitense di origine ebraica Isidor Isac Rabi, famoso per il suo umorismo graffiante, venuto a conoscenza della scoperta della nuova particella, esclamò: “E questo chi l’ha ordinato?”

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