Particella (fisica)

In fisica una particella è un costituente microscopico della materia. Le particelle si suddividono in elementari e non-elementari: le prime, descritte dal modello standard, sono considerate indivisibili, le seconde sono aggregati delle prime.

Schema generale dell'organizzazione delle particelle, delle interazioni e della materia

Un'altra classificazione avviene a partire dallo spin, che permette di distinguere due classi di particelle:

• Bosoni, con spin intero
• Fermioni, con spin semi-intero

I fermioni obbediscono al principio di esclusione di Pauli (due fermioni identici non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico) e seguono la statistica di Fermi-Dirac. I bosoni invece sono liberi di affollare lo stesso stato quantico e seguono la statistica di Bose-Einstein.

Anche quando dotate di massa, le particelle elementari sono spesso studiate e modellizzate come oggetti puntiformi.

Particelle elementari

Modello standard delle particelle elementari

• Fermioni, divisi in due classi più le rispettive antiparticelle.

• Leptoni, soggetti all'interazione debole ed elettromagnetica (se la carica è diversa da 0), suddivisi in tre famiglie, ad ognuna delle quali è associato un particolare neutrino:

Nome	Carica elettrica	Massa (GeV/c2)
Elettrone (e−, β−)	–1	0,000511
Neutrino elettronico (νe)	0	< 2,2×10−10
Muone (μ)	–1	0,1056
Neutrino muonico (νμ)	0	< 1,7×10−4
Tauone (τ)	–1	1,777
Neutrino tauonico (ντ)	0	< 0,0155

• Quark, soggetti all'interazione forte e all'interazione elettrodebole:

Nome	Carica	Massa stimata (MeV/c2)
Quark up (u)	+2/3	da 1,7 a 3,3
Quark down (d)	-1/3	da 4,1 a 5,8
Quark strange / Sideways (s)	-1/3	da 80 a 130
Quark charm / Centre (c)	+2/3	da da 1.160 a 1.340
Quark bottom / Beauty (b)	-1/3	da 4.150 a 4.220 (schema MS) da 4.620 a 4.680 (schema 1S)
Quark top / Truth (t)	+2/3	171.770 ± 380

• Antileptoni (Stessa suddivisione dei leptoni)
• Antiquark (Stessa suddivisione dei quark)

• Bosoni, mediatori delle interazioni fondamentali:

Nome	Simbolo	Antiparticella	Carica	Spin	Massa (GeV/c2)	Interazioni	Forza mediata
Fotone	γ	se stesso	0	1	0	nucleare debole, elettromagnetica, gravitazionale	forza elettromagnetica
Bosone W	W+ / W-	W- / W+	±1	1	80,4	nucleare debole, elettromagnetica, gravitazionale	forza nucleare debole
Bosone Z	Z0	se stesso	0	1	91,2	nucleare debole, gravitazionale	forza nucleare debole
Gluone	g	se stesso	0	1	0	nucleare forte, gravitazionale	forza nucleare forte
Bosone di Higgs	H0	se stesso?	0	0	~125,5	elettrodebole, gravitazionale	-
Particella ipotetica Gravitone	G	se stesso?	0	2	0	gravitazionale	forza gravitazionale

Particelle non-elementari

Le particelle non elementari che compongono tutta la materia nota in natura sono:

• Adroni, particelle soggette all'interazione forte che si ritiene siano composte di quark, antiquark e gluoni. Ne esistono di due tipi:
  • Barioni, sono fermioni (spin semi-intero). Appartengono a questa categoria:
    • Nucleoni, barioni costituenti la materia ordinaria, composti da tre quark, appartenenti alla prima generazione:
      • Protone, composto da due quark up e un quark down.
      • Neutrone, composto da due quark down e un quark up.
    • Iperoni, tutte le altre combinazioni di tre quark o tre antiquark.
    • Barioni esotici, numero barionico ±1 ma composti da più di tre quark/antiquark.
      • Pentaquark, composti da cinque quark.
  • Mesoni, bosoni (spin intero) composti da un quark e da un antiquark avente carica di colore opposta. Appartengono a questa categoria:
    • Mesoni pseudoscalari, caratterizzati da spin 0 e parità - (J^P=0⁻).
    • Mesoni vettori, caratterizzati da spin 1 e parità - (J^P=1⁻).
    • Tetraquark, mesoni esotici composti da quattro quark.
• Atomi, composti da protoni e neutroni formanti il nucleo ed elettroni legati a esso dalla forza elettromagnetica.
• Molecole, composte da atomi.

Teorie supersimmetriche

Secondo alcune teorie, dette supersimmetriche, per ogni particella elementare elencata sopra esiste un partner supersimmetrico. In particolare per un fermione il partner supersimmetrico è un bosone e viceversa. Esempi di queste particelle sono il fotino, il neutralino, il gravitino, oppure il selettrone, lo smuone, lo sneutrino e via dicendo. Tuttavia tali particelle sono solo speculazioni teoriche ed attualmente per esse non esistono riscontri sperimentali.

Bibliografia

• (EN) G. t'Hooft. In Search of the Ultimate Building Blocks. Cambridge University Press, 2001. ISBN 978-0521578837
• (EN) W. Noel Cottingham e Derek A. Greenwood. An Introduction to the Standard Model of Particle Physics. Londra, Cambridge University Press, 1999. ISBN 978-0521588324
• (EN) F. Mandl e G. Shaw. Quantum Field Theory. ISBN 0471941867
• (EN) Y. Hayato et al.. Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector. Physical Review Letters 83, 1529 (1999).
• R. Oerter. La teoria del quasi tutto. Il Modello Standard, il trionfo non celebrato della fisica moderna. 2006
• (EN) C. Amsler, et al.. Review of Particle Physics.

Voci correlate

• Fisica delle particelle
• Particella elementare
• Costanti di accoppiamento
• Modello standard

Collegamenti esterni

• particèlla, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) particle, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Tutti i dati dettagliati delle particelle, su pdg.lbl.gov.
• ScienzaPerTutti: dove la fisica può essere semplice e divertente!, su scienzapertutti.lnf.infn.it.
• Il Modello Standard: dove tutto è "particelle elementari", su infn.it. URL consultato il 4 luglio 2023 (archiviato dall'url originale il 13 aprile 2013).
• (EN) Particle Data Group, su pdg.lbl.gov.