La conoscenza avanza. Questo significa che quello che apprendiamo a scuola da piccoli, nel tempo evolve, si arricchisce di dettagli e particolari, fino ad essere superato da una nuova visione della realtà. Alle mie prime lezioni di scienze, il modello dell’atomo era semplificato come un sistema solare in miniatura: un nucleo centrale (il sole) e gli elettroni che gli girano attorno (i pianeti). Questo modello aiuta a visualizzare la struttura, ma è una grande semplificazione.
La fisica moderna ci dice che gli elettroni non sono piccole palline che orbitano, ma si comportano come nuvole di probabilità, essi esistono in maniera diffusa piuttosto che concentrata, in modo analogo a delle onde che occupano uno spazio piuttosto che un punto. E per quanto riguarda i protoni e i neutroni all’interno del nucleo atomico essi non sono le particelle più piccole, ma sono composti a loro volta da particelle ancora più elementari, specificamente triplette di quark.
Ci può sorgere la domanda: quali sono i mattoni fondamentali della materia? Tanto per ricordarlo la parola atomo era stata usata proprio perché in greco significa “non divisibile”. Gli scienziati ci dicono che esistono tre famiglie di particelle elementari chiamate (con grande fantasia!) di prima, seconda e terza generazione. Ogni famiglia è composta da due quark e due leptoni, per un totale di 12 particelle elementari prettamente massive.
Nella prima famiglia troviamo le particelle di cui è costituita la materia ordinaria, che rimane stabile per lunghi periodi. Quindi la materia di cui siamo fatti noi stessi, il mondo e tutto quanto in esso è presente. Essa contiene Quark Up e Quark Down che, uniti in vari modi, formano i protoni e i neutroni del nucleo atomico; ma anche l’Elettrone e il Neutrino Elettronico: l’elettrone è la particella che “orbita” intorno al nucleo, mentre il neutrino elettronico è una particella quasi priva di massa che interagisce raramente con la materia, ma la cui produzione è enorme, basta pensare ai neutrini solari.
La seconda famiglia contiene particelle esotiche, molto più pesanti e instabili della prima famiglia. Queste particelle esistono per frazioni di secondo e si formano solo in condizioni di alta energia, come negli acceleratori di particelle o nelle reazioni cosmiche. Qui abbiamo i quark Charm e Quark Strange, e il Muone e il Neutrino Muonico. Nella terza famiglia, infine troviamo particelle ultra-pesanti e ancora più instabili: Quark Top e Quark Bottom, e le particelle Tau e Neutrino Tau.
Il fatto che la natura si organizzi in queste tre famiglie complete, identiche nella struttura (ma diverse solo nell’ordine della massa) è uno dei misteri più affascinanti della fisica moderna a cui non sappiamo dare risposta.
A completare il quadro delle particelle elementari, oltre quelle indicate (fermioni) ce ne sono altre (bosoni) che sono portatrici delle forze fondamentali della natura. E ancora esiste un’ulteriore particella, chiamata bosone di Higgs, la cui esistenza era stata prevista nel 1964, ma la cui conferma sperimentale è arrivata solo nel 2012, che ha il particolare ruolo di conferire massa alle altre particelle. Ma su questo dovremo sentirci un’altra volta, perché lo spazio (cartaceo) a disposizione è terminato!
La natura non finisce mai di stupirci, e ciò che definiamo come “elementare” risulta di gran lunga superiore a quanto avremmo mai osato immaginare qualche decennio fa. La curiosità ci spinge a non fermarci … e se anche ogni tanto “i conti non tornano”, abbiamo il compito umano della resilienza per arrivare fino in fondo! Dunque, buona ricerca a tutti, qualunque cosa stiate cercando, dall’atomo in su (o in giù)!