Xi, la chiave per scoprire “la colla” della materia!

Una settimana fa è stata scoperta una nuova particella subatomica a cui è stato dato il nome di Xi. Giornali e televisioni, senza approfondire mai la notizia, l’hanno descritta e divulgata come “colla della materia”. Come vedremo, questa affermazione non è del tutto corretta. Tuttavia, dalla parte dei media, c’è da dire che come argomento è abbastanza complicato e di difficile diffusione. Infatti, anche se la notizia poteva essere molto importante, è rimasta abbastanza ignorata. In questo articolo cercheremo di introdurre l’argomento “particelle elementari” e successivamente faremo un piccolo approfondimento su questa scoperta.

Che cos’è un elemento chimico?

La tavola periodica degli elementi è, se vogliamo, uno schema con il quale ordiamo tutti gli elementi che conosciamo dell’universo. Questa tavola ci permette di identificare velocemente se un elemento è più elettronegativo di un altro, quanto è pesante, il numero atomico, se è un metallo o un non metallo, al numero di orbitali atomici e al numero di elettroni presenti sull’ULTIMO orbitale atomico, il simbolo e il nome di tale elemento e ancora tante altre informazioni riguardanti sempre quell’elemento.

Ma cos’è un elemento? Per scoprirlo dobbiamo capire cos’è un atomo. A chimica abbiamo studiato la definizione, che imparata così a memoria ci dice ben poco, preferisco quindi costruirlo pian piano così da trasmettervi un’immagine invece che una definizione. Partiamo con il dire che tutti gli oggetti che ci circondano, a qualsiasi stato fisico essi si trovano (solido, liquido e aeriforme), sono composti da atomi, che aggregandosi posso dare vita ad una molecola; esempio: H (idrogeno) è un atomo, H20 è una molecola. In realtà se prendiamo, ad esempio l’elio (He), è sia una molecola che un atomo allo stesso tempo, però è meglio non entrare troppo nei particolari. Due o più atomi appartengono allo stesso elemento chimico se sono caratterizzati dallo stesso numero atomico, ovvero dallo stesso numero di protoni. In altre parole un atomo generico viene chiamato idrogeno se ha un solo protone, elio se ne ha due, litio se ne ha 3…e così via.

Da cosa è costituito un atomo?

Atomo dal greco significa “indivisibile”, nome attribuito dall’antico filosofo greco Democrito, che con la sola immaginazione, senza alcun microscopio elettronico, riuscì a ipotizzare l’esistenza di queste piccolissime strutture, (ad esempio l’idrogeno ha un raggio atomico poco più grande di 0,00000000012 metri) sulle quali si basa poi l’intera materia del nostro universo. Tuttavia Democrito ha compiuto un errore imperdonabile: in realtà questi atomi sono divisibili in particelle ancora più piccole che chiamiamo subatomiche.

Poi abbiamo fatto numerosissimi altri studi e abbiamo scoperto che ALCUNE particelle subatomiche sono composte da altre particelle, chiamate particelle elementari, ovvero la più piccola parte di materia non divisibile in altre sotto particelle. Un atomo è formato da neutroni e protoni, che sono particelle SUBATOMICHE di enorme massa (per il mondo del subatomico) che compongo il nucleo dell’atomo. Intorno ad esso, come nel sistema solare, girano a velocità elevatissima particelle ELEMENTARI chiamate elettroni.

Entriamo nel mondo del subatomico!

Dai nostri studi al liceo conosciamo molto bene la tavola periodica degli elementi, ma molto meno questa tavola. Le particelle elementari che compongono l’universo si possono distinguere in particelle-materia, di tipo fermionico, in onore di Enrico Fermi, (quark, elettroni e neutrini, dotati tutti di massa) e particelle-forza, di tipo bosonico, portatrici delle forze fondamentali esistenti in natura (fotoni e gluoni, privi di massa, e i bosoni W e Z dotati di massa).

Protoni e Neutroni sono barioni, ovvero particelle subatomiche formate da tre quark. Il protone è formato da 2 quark up e 1 quark down. Il neutrone invece da 2 quark down e 1 quark up.

 Le forze fondamentali del nostro universo

Le forze fondamentali del nostro universo sono: l’iterazione gravitazionale, l’iterazione elettromagnetica, l’iterazione nucleare debole e l’iterazione nucleare forte. Le prime due le conosciamo molto bene: quando cadi dalla bicicletta è colpa della forza gravitazionale e quando attacchi una foto sul frigorifero con il magnete è colpa della elettromagnetica. Le altre due stabilizzano l’atomo e le conosciamo molto meno. Ho detto che neutroni e protoni formano il nucleo dell’atomo e che gli elettroni ci girano intorno.

I neutroni, come consiglia il nome, hanno carica neutra mentre i protoni e gli elettroni hanno carica rispettivamente positiva e negativa. Come potete sapere dalla vostra esperienza personale, avvicinando due magneti con uguale carica essi si respingono, ma allora perché i protoni rimangono attaccati l’uno accanto all’altro andando a stabilizzare in questo modo tutta la materia che ci circonda? Pensateci, se non fossero così vicini l’uno con l’altro e così stabili, niente potrebbe esistere in questo universo al di fuori di particelle elementari che vagano casualmente nello spazio. Avvicinare due protoni, entrambi positivi, costa una certa fatica, perché essi tenderebbero a respingersi per quanto abbiamo detto. Ma se riusciste ad accostarli fino a una distanza davvero minima, scoprireste che all’improvviso i due oggetti si incollano con una forza oltre cento volte più forte di quella che tenderebbe a farli respingere reciprocamente! Ecco entrare in gioco, ma solo a distanze davvero infinitesime, la forza più forte dell’universo, la forza nucleare forte, la quale rimane per noi ancora un enorme mistero. Grazie a Xi, forse, potremo compensare questa enorme lacuna.

Ma cos’è Xi?

Xi è un barione molto particolare, poiché invece che essere formato da un quark pesante e due leggeri, come nel caso di protoni e neutroni, è formato da due pesanti e uno leggero. La particella Xi promette di essere una chiave senza precedenti per scoprire i segreti della “colla della materia”, ovvero quella forza di cui abbiamo parlato prima. Per il nuovo coordinatore della collaborazione Lhcb, l’italiano Giovanni Passaleva, c’è grande speranza nelle nuove conoscenze che la particella Xi potrà rendere possibili. “Trovare un barione con due quark pesanti, ha rilevato, è di grande interesse perché può fornire uno strumento unico per approfondire la cromodinamica quantistica“, ossia il campo di ricerca che studia come l’intensità delle forze si riduce quando le distanze tra le particelle diventano molto piccole”.

Francesco Calò