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Ora la fisica è al Top Ora la fisica è al Top Fine del viaggio al centro della materia EJf di questi giorni la conferma della scoperta del quark Top. A La Thuile, in Val d'Aosta, se ne parlerà fino a venerdì in un convegno internazionale, presente Giorgio Beilettini, capo del gruppo italiano che, al Fermilab, ha contribuito alla caccia al quark Top. Vediamo di chiarire il significato della scoperta. Il modello standard delle particelle elementari ha oggi all'incirca la stessa funzione e complessità che ebbe a suo tempo il sistema periodico degli elementi di Mendeleiev. Ambedue sono basati su poco meno di un centinaio di componenti elementari che variamente combinati rendono conto di tutti gli aspetti della materia qual è o era nota al momento in cui il modello è apparso. 11 modello standard descrive tuttavia processi fisici che si svolgono su di una scala di energie che è circa un trilione di volte quella caratteristica della chimica del secolo scorso e contiene il sistema periodico come un piccolo frammento della visione di insieme che da esso deriva. I mattoni fondamentali del sistema periodico erano gli atomi degli elementi chimici. I nuclei atomici sono composti da nucleoni assortiti in protoni, con carica positiva, e neutroni, senza carica. Da alcuni anni si sa che neppure protoni e neutroni sono elementari e risultano composti da terne di altre entità chiamate quark. I quark hanno po¬ SONO acacie e non mimose i rami fioriti ricchi di soffici e piumosi glomeruli di colore giallo limone o giallo oro che, per la loro festa, le donne ricevono in dono oggi 8 marzo. Entrambi i generi Mimosa e Acacia appartengono alla famiglia delle Mimosacee, cosa che può avere creato confusione. Di Mimosa il non addetto ai lavori conosce quasi soltanto la pudica, molto curiosa per il movimento di chiusura delle foglie che si verifica se viene urtata, scottata o ferita. In corrispondenza della regione stimolata, si libera una sostanza che modifica la permeabilità delle membrane cellulari, provocando variazioni di turgore delle cellule. Questa sostanza si diffonde nelle foglie e attraverso i rami, raggiungendo gruppi di cellule speciali alla base dei piccioli delle foglie: i «cuscinetti motori». La loro perdita di turgore, dovuta all'uscita di acqua dalle cellule, provoca la chiusura delle foglie. Oltre 450 specie, la maggior parte delle quali di provenienza australiana, fanno parte del genere Acacia, la cui classificazione, assai complessa per le notevoli differenze di aspetto, sto fine all'idea, diventata quasi un assioma dopo lo storico esperimento di Millikan, secondo cui tutte le particelle hanno una carica elettrica che è un multiplo, positivo o negativo, di quella elettronica. Le cariche "dei quark sono-invece multipli della terza parte di quella elettronica e ci si può chiedere come mai nessuno ha visto prima queste cariche frazionarie. La spiegazione è grosso modo la seguente. Se allontaniamo un protone da ogni altra forma di materia si annullano le forze che normalmente agiscono su di esso per cui il protone si trova in uno stato che è detto libero e si muove di moto rettilineo e uniforme. Le forze tra particelle diminuiscono infatti con la distanza, a volte rapidamente, come quelle nucleari, a volte lentamente come le elettriche e gravitazionali. A questa regola fanno cospicua eccezione i quark; nessuno ha mai visto un quark libero e tutti i tentativi di separare permanentemente un quark da altri quark sono falliti. I quark appaiono sempre legati tra di loro in gruppi la cui carica totale è ancora un multiplo intero di quella elettronica e sembrano essere uniti da forze elasti- Il quarkultimo dell'undiventa pesante, mattone iverso, certezza che che non diminuiscono con la distanza e che li riportano assieme in un tempo evanescente rispetto a quello della scala umana. A volte l'elastico si rompe ma sui monconi l'energia dell'urto si materializza istantaTi-esmenTe1 iiraltri-quark che riformano gruppi di carica intera e quindi permessi. Lo studio dei quark ha portato alla creazione di una astrusa teoria, la QCD (cromodinamica quantistica), che rende conto di molti dati ma che è ancora lungi dall'essere completata. I quark sono assortiti a coppie in tre famiglie chiamate generazioni. La prima generazione contiene la coppia u, d (dall'inglese up e down, su e giù). Protoni e neutroni sono triple contenenti esclusivamente quark u e d. La seconda generazione contiene i quark s e c (dall'inglese strangeness e charm, stranezza e fascino), la terza contiene i quark b e t (bottoni e top, fondo e cima). La materia ordinaria e stabile è costituita esclusivamente di quark u e d, con l'aggiunta di elettroni e dei quanti delle forze che le tengono assieme. Le altre generazioni conducono a particelle dalla vita effimera e che non si trovano in natura. Alle generazioni citate occorre aggiungere quelle in egual numero delle antiparticelle dei quark. Infine ogni quark giunge in realtà assortito in tre stati, detti colori, la cui discussione ci porterebbe fuori dallo scopo di questo"- articóTóT~Eslstono quindi ben 36 quark. Negli Anni 50 furono viste per la prima volta nelle emulsioni nucleari particelle cui fu dato il nome provvisorio V. Venivano prodotte con facilità nelle collisioni tra protoni cosmici e i nuclei atomici delle emulsioni per cui risultava evidente la presenza di interazioni forti nella loro creazione. D'altra parte la loro disintegrazione (decadimento) era lentissima e doveva quindi procedere mediante interazioni deboli. Il dilemma fu risolto da Murray Geli-Mann che propose un nuovo attributo simile alla carica elettrica, la stranezza, che veniva conservato nelle interazioni forti ma non in quelle deboli. Nella collisione iniziale venivano create in realtà due particelle con stranezza opposta che poi decadevano separatamente con una vita molto lunga. La scoperta di nuove simmetrie tra particelle e di una strut- Contribua questase nein Valle ti italiani ricerca: parla d'Aosta tura interna dei nucleoni condusse poi alla ipotesi dei quark che ha ricevuto numerose conferme negli anni seguenti. Tuttavia fino al 1974 erano stati individuati solamente i quark u, d, s. Nel novembre di quell'anno Richtér e Tmfseoprirono separatamente la particella Psi, uno stato legato del quark c e dell'antiquarie del c. La ricerca del top è stata condotta al FermiLab di Batavia nell'IUinois con una macchina, il Tevatron, che accelera protoni e antiprotoni fino a energie di 1 Tev, pari a un trilione di elettroni-Volt. Due i gruppi di ricercatori impegnati, ognuno con circa 400 persone in rapisti presentanza di una quarantina di istituzioni. Il primo gruppo, di cui è portavoce Bellettini, ha condotto l'esperimento al Collider Detector del FermiLab (CDF). Un altro gruppo ha lavorato al sito DO ottenendo un risultato in accordo con quello del CDF. Entrambi hanno analizzato collisioni tra fasci di protoni e antiprotoni in cui l'energia delle particelle si materializza in una coppia top-antitop che dopo una serie abbastanza complessa di passi intermedi si disintegra in 4 frammenti, 2 quanti di «luce pesante» e una coppia di mesoni. Il modo in cui queste 4 componenti si disintegrano è molto caratteristico e identifica la coppia originale top-antitop. In totale i due gruppi hanno osservato con diversa modalità alcune decine di eventi che hanno le caratteristiche richieste, un numero circa dieci volte più grande di quello che si valuta provenga da coincidenze accidentali che simulino l'evento cercato. La probabilità che si tratti di una coincidenza scende quindi a circa un milionesimo, un risultato più che accettabile. Altri gruppi ripeteranno nei prossimi anni l'esperimento per dissipare gli ultimi dubbi e per precisare meglio le proprietà del top esattamente come è accaduto per gli altri quark. Il modello standard ha quindi ricevuto una ulteriore conferma e tutto questo dovrebbe lasciarci soddisfatti. Tuttavia penso che sia un punto di partenza e non uno di arrivo. Alla base del modello stanno concetti profondi di simmetria nel mondo delle particelle elementari, ma il modello è ancora ben lungi dal mostrarci questa simmetria nel suo fulgore e contiene ancora troppe ipotesi che al momento paiono arbitrarie. I fisici hanno ancora molto da fare prima di giungere a una sintesi che sia esteticamente soddisfacente.