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I quark e l’interazione nucleare forte: la nascita della QCD

Quest’anno si celebra il 40° anniversario della cromodinamica quantistica, la teoria più moderna che descrive l’interazione nucleare forte.

Nel 1972, non si era ancora certi sulla natura dei quark, e perciò sull’interazione nucleare forte, e questo campo di ricerca sembrava una sorta di “terra di nessuno” dato che i teorici erano a corto di idee. Nessun scienziato era in grado di formulare un quadro teorico che potesse offrire calcoli e previsioni che fossero verificabili sperimentalmente. Ad ogni modo, in meno di due anni la situazione si trasformò radicalmente quando apparve la teoria della cromodinamica quantistica (Quantum Chromo Dynamics, QCD) che è rimasta fino ad oggi più o meno nella sua veste originale. L’idea si deve ufficialmente a David Gross, Frank Wilczek e David Politzer i quali trovarono che l’interazione forte diviene più debole a breve distanza. Gli scienziati eseguirono tutta una serie di calcoli precisi ottenendo delle equazioni matematiche esteticamente eleganti. Nel 1973, Gross e il suo studente Wilczek e separatamente Politzer inviarono i loro articoli che apparvero in seguito nel numero di Giugno del Physical Review Letters. Gli scienziati dimostravano come si comporta l’interazione forte tra i quark in funzione della loro distanza e dell’energia (l’interazione forte tra i quark decresce all’aumentare dell’energia), rendendo così i quark ‘asintoticamente liberi’ a energie elevate o, in maniera equivalente, a brevi distanze all’interno dei protoni e dei neutroni. Oggi, i quark e l’interazione nucleare forte fanno parte del cosiddetto Modello Standard, il quadro teorico che descrive le proprietà ed il comportamento delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali. Ricordiamo che Gross, Wilczek e Politzer ricevettero nel 2004 il Premio Nobel per la Fisica “per la scoperta della libertà asintotica nella teoria dell’interazione nucleare forte”.

CERN: Free the quarks: Calculating the strong force

Derek Leinweber: Visualizations of Quantum Chromodynamics

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cromodinamica quantistica | interazione nucleare forte | modello standard | particelle elementari | quark

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