La messa è ancora un mistero per i fisici

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

La massa è uno dei concetti fondamentali e allo stesso tempo misteriosi della scienza. Nel mondo delle particelle elementari, non può essere separato dall'energia. È diverso da zero anche per i neutrini e la maggior parte di esso si trova nella parte invisibile dell'Universo. RIA Novosti racconta cosa sanno i fisici della massa e quali segreti sono associati ad essa.

Relativamente ed elementare

Nella periferia di Parigi, presso la sede dell'Ufficio internazionale dei pesi e delle misure, si trova un cilindro costituito da una lega di platino e iridio del peso esatto di un chilogrammo. Questo è lo standard per tutto il mondo. La massa può essere espressa in termini di volume e densità e si può considerare che serva come misura della quantità di materia nel corpo. Ma i fisici che studiano il micromondo non sono soddisfatti di una spiegazione così semplice.

Immagina di spostare questo cilindro. La sua altezza non supera i quattro centimetri, tuttavia dovrà essere fatto uno sforzo notevole. Ci vorrà ancora più sforzo per spostare, ad esempio, il frigorifero. La necessità di applicare una forza fisica è spiegata dall'inerzia dei corpi e la massa è considerata come un coefficiente che collega la forza e l'accelerazione risultante (F = ma).

La massa serve come misura non solo del movimento, ma anche della gravità, che fa sì che i corpi si attraggano l'un l'altro (F = GMm / R2). Quando saliamo sulla bilancia, la freccia devia. Questo perché la massa della Terra è molto grande e la forza di gravità ci spinge letteralmente in superficie. Su una luna più chiara, una persona pesa sei volte di meno.

La gravità non è meno misteriosa della massa. L'ipotesi che durante lo spostamento alcuni corpi molto massicci possano emettere onde gravitazionali è stata confermata sperimentalmente solo nel 2015 sul rivelatore LIGO. Due anni dopo, questa scoperta è stata insignita del Premio Nobel.

Secondo il principio di equivalenza proposto da Galileo e perfezionato da Einstein, le masse gravitazionali e inerziali sono uguali. Ne consegue che gli oggetti massicci sono in grado di piegare lo spazio-tempo. Stelle e pianeti creano intorno a loro imbuti gravitazionali, in cui i satelliti naturali e artificiali ruotano fino a cadere in superficie.

Da dove viene la massa?

I fisici sono convinti che le particelle elementari debbano avere massa. È dimostrato che l'elettrone e gli elementi costitutivi dell'universo - i quark - hanno massa. Altrimenti, non potrebbero formare atomi e tutta la materia visibile. Un universo senza massa sarebbe un caos di quanti di radiazioni varie, che sfrecciano alla velocità della luce. Non ci sarebbero galassie, stelle, pianeti.

Ma da dove prende la massa la particella?

"Durante la creazione del modello standard nella fisica delle particelle - una teoria che descrive le interazioni elettromagnetiche, deboli e forti di tutte le particelle elementari, sono sorte grandi difficoltà. Il modello conteneva inevitabili divergenze dovute alla presenza di masse di particelle diverse da zero", afferma Alexander Studenikin, Dottore in Scienze, presso RIA Novosti Professore del Dipartimento di Fisica Teorica, Dipartimento di Fisica, Università Statale Lomonosov di Mosca.

La soluzione è stata trovata dagli scienziati europei a metà degli anni '60, suggerendo che esiste un altro campo in natura: uno scalare. Permea l'intero Universo, ma la sua influenza è evidente solo a livello micro. Le particelle sembrano rimanere bloccate al suo interno e quindi guadagnare massa.

Il misterioso campo scalare prende il nome dal fisico britannico Peter Higgs, uno dei fondatori del Modello Standard. Anche un bosone, una particella massiccia che sorge nel campo di Higgs, porta il suo nome. È stato scoperto nel 2012 negli esperimenti al Large Hadron Collider del CERN. Un anno dopo, Higgs ricevette il Premio Nobel insieme a François Engler.

Caccia ai fantasmi

Anche il fantasma particellare - neutrino - doveva essere riconosciuto come massiccio. Ciò è dovuto alle osservazioni dei flussi di neutrini dal Sole e dai raggi cosmici, che non si sono potuti spiegare per molto tempo. Si è scoperto che una particella è in grado di trasformarsi in altri stati durante il movimento, o oscillare, come dicono i fisici. Questo è impossibile senza massa.

“I neutrini elettronici, che nascono, ad esempio, all'interno del Sole, in senso stretto non possono essere considerati particelle elementari, poiché la loro massa non ha un significato definito. Ma in movimento, ciascuno di essi può essere considerato come un sovrapposizione di particelle elementari (dette anche neutrini) di massa m1, m2, m3 A causa della differenza di velocità dei neutrini di massa, il rivelatore rileva non solo neutrini elettronici, ma anche neutrini di altro tipo, come i neutrini muonici e tau. Questa è una conseguenza del mescolamento e delle oscillazioni previste nel 1957 da Bruno Maksimovich Pontecorvo , spiega il professor Studenikin.

È stato stabilito che la massa di un neutrino non può superare i due decimi di elettronvolt. Ma il significato esatto è ancora sconosciuto. Gli scienziati stanno facendo questo nell'esperimento KATRIN al Karlsruhe Institute of Technology (Germania), lanciato l'11 giugno.

"La questione della grandezza e della natura della massa del neutrino è una delle principali. La sua soluzione servirà come base per l'ulteriore sviluppo delle nostre idee sulla struttura", conclude il professore.

Sembrerebbe che, in linea di principio, si sappia tutto sulla massa, resta da chiarire le sfumature. Ma questo non è il caso. I fisici hanno calcolato che la materia, che è suscettibile alla nostra osservazione, occupa solo il cinque percento della massa della materia nell'universo. Il resto è materia ed energia oscura ipotetica, che non emettono nulla e quindi non vengono registrate. Di quali particelle sono costituite queste parti sconosciute dell'universo, qual è la loro struttura, come interagiscono con il nostro mondo? Le prossime generazioni di scienziati dovranno capirlo.