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EsperimentiFondanti< Leptoni, Mesoni, Barioni | IntroduzioneFisicaMateria.Indice | Simmetrie e leggi di conservazione > Esperimenti e concetti fondanti Traccia incompleta degli esperimenti e delle principali idee che conducono alla scoperta e identificazione della radiazione, dei nuclei, delle particelle elementari (tra parentesi l'affiliazione al momento della scoperta). 1799 Joseph Proust scopre la legge delle proporzioni definite nelle reazioni chimiche. Verso l'atomo come paricella elementare. v. anche Antoine Lavoisier (conservazione della massa). 1824-32 Macedonio Melloni (Parma-Napoli-Paris) studia la radiazione infrarossa con metodi ottici. 1861 Anders Ångström (Uppsala) identifica le righe spettrali dell'idrogeno osservando l'atmosfera del Sole. La spettroscopia dei gas era nota ai chimici dai saggi alla fiamma e quantificata con l'uso del prisma. 1864 James Maxwell (King's College London) trova la velocità della luce dalle sue equazioni e identifica la luce come radiazione elettromagnetica (visto in Fisica 2) 1869 Dmitri Mendeleev propone la tavola periodica degli elementi, mattone fonamentale verso i componenti elementari degli atomi. 1869 Johann Hittorf (Münster) costrisce il primo tubo catodico (tubo con elettrodi sotto vuoto) e scopre i raggi catodici, chiamati così in seguito da Goldstein 1885-1887 Johannes Balmer (Basel, matematico) e poi Johannes Rydberg (Lund) propongono semplici formule basate su numeri interi che giustificano perfettamente le frequenze dello spettro dell'idrogeno, note come serie di Balmer. 1887 Heinrich Hertz (Karlruhe) identifica le onde radio come parte dello spettro elettromagnetico 1895 Wilhelm Röntgen (Würzburg): scopre i raggi X dai raggi catodici (elettroni, non ancora identificati), sul vetro dell'ampolla in cui è contenuto il catodo, rivelandone la fluorescenza indotta in un composto di bario e platino usato come inchiostro. Premio Nobel Fisica 1901 1896 Henri Becquerel (Paris): mette uranio su lastra fotografica contenuta in scatola a tenuta di luce. Rivela l'esistenza di elementi instabili. Stesso anno, Marie Curie (Paris): la pechblenda è un minerale più attivo dell'uranio di Becquerel, che viene ricavato dalla stessa pechblenda. Ciò significa che devono esistere altri elementi più attivi. MC scopre Radio e Polonio. Ci sono diversi atomi pesanti instabili. Da radio il nome radioattività. Henri Becquerel, Marie Slodowska Curie e Pierre Curie, Premio Nobel Fisica 1903 1897 J.J. Thomson (Cavendish, Cambridge) mostra che i raggi catodici sono corpuscoli carichi negativi, deviandoli con un campo elettrico e misurandone il rapporto tra carica elettrica e massa dal raggio di curvatura della traiettoria circolare in un campo magnetico. Sono elettroni (col nome che era stato proposto in anticipo da Stoney). Modello plum-pudding dell'atomo. Premio Nobel per la Fisica 1906. 1899-1900 Ernest Rutherford (McGill, Montreal) propone la distinzione della radiazione in raggi α e β distinti nettamente dalla loro penetrazione nella materia, crescente con l'ordine alfabetico. Rutherford identifica anche il concetto di tempo di dimezzamento delle specie radioattive. La vita del singolo atomo é distribuità secondo una probabilità e si può definire una vita media: una delle prime indicazioni della natura probabilistica delle leggi del monod microscopico, mal digerita dalla fisica contemporanea (Einstein: "Dio non gioca a dadi"). 1900 Paul Villard (professore di liceo) identifica una terza radiazione ancora più penetrante, neutra di carica, battezzata da Rutherford raggi γ Henri Becquerel viceversa riproduce l'esperimento di Thomson con i β e stabilisce che sono elettroni; Indentifica quindi il decadimento β di un atomo radioattivo. 1900 Max Planck (Berlin) misura lo spettro del corpo nero e per spiegarlo propone il postulato quantistico (visto in Fisica 3): energia scambiata dalla radiazione elettromagnetica in quanti. Premio Nobel per la Fisica 1918. 1901 Ernest Rutherford (McGill, Montreal) e Frederick Soddy mostrano che la produzione di α e β da parte di una sorgente radioattiva trasmuta chimicamente alcuni degli atomi della sorgente, Ingredienti e prodotti sono disposti in modo semplice nella tavola periodica. 1905 Albert Einstein (Swiss Patent Office), nel corso di questo annus mirabilis, pubblica quattro articoli fondamentali su effetto fotoelettrico, moto Browniano, relatività speciale ed equivalenza massa-energia (v. Fisica 3). 1907 Ernest Rutherford (allora a McGill, Canada) compie il primo passo nell'identificazione degli gli α (Tavola periodica nota e anche la spettroscopia atomica): bombardando con α un ampolla di vetro sottilissimo sotto vuoto, rivela in seguito lo spettro dell'He nel gas interno residuo. Premio Nobel per la Chimica 1908. 1908-13 Robert Millikan (Chicago) misura la carica quantizzata dell'elettrone con l'esperimento in cui la caduta di goccioline d'olio è compensata da un campo elettrico. Premio Nobel per la Fisica 1923. 1911 Ernest Rutherford (Manchester) compie il passo definitivo per la definizione del concetto di nucleo e l'identificazione delle particelle α come nuclei di He. Il suo esperimento della retrodiffusione di α su una lamina d'oro dimostra che la massa dell'atomo è contenuta in un nucleo piccolo, di cui stima la dimensione. Propone un nuovo modello planetario dell'atomo, demolendo il plum-pudding di J. J. Thomson. Identifica anche il nucleo di idrogeno col nome di protone. D'ora in avanti è chiaro che sono i nuclei ad essere instabili e a decadere radioattivamente. 1911-13 Victor Hess (Accademia delle Scienze Vienna) studia la radiazione e scopre in esperimenti su palloni aerostatici che la radiazione aumenta allontanandosi dalla terra, segno che essa è in gran parte di origine cosmica e che viene generata negli strati alti dell'atmosfera. 1912 J. J. Thomson (Cavendish, Cambridge) mostra che ioni di neon (Ne) deflessi in campi elettrici e magnetici formano due macchie distinte su lastra fotografica, dimostrando così ò'esistenza di due distinte masse )isotopi), 20Ne e 22Ne 1913 Niels Bohr (Copenhagen) pubblica tre articoli, noti come la trilogia, in cui sviluppa un modello planetario quantistico dell'atomo che va oltre il modello di Rutherford e giustifica la serie di Balmer. Nascita della cosiddetta vecchia teoria quantistica, con il concetto della quantizzazione dell'orbita. Nobel 1922. 1923 Effetto Compton (visto in Fisica 3), i raggi γ sono radiazione elettromagnetica come la luce (ed i raggi X). Arthur Compron vince il Premio Nobel per la Fisica 1927. 1925 Samuel Goudsmit e G. Uhlembeck (Leiden) ipotizzano lo spin semiintero dell'elettrone per giustificare lo spettro dell'idrogeno e l'effetto del campo magnetico intenso (Paschen-Back) Per una storia deall'interno v. la lezione di Goudsmit del 1971 1926 Erwin Schrödinger (Zürich) propone le equazioni della nuova teoria quantistica, ossia della meccanica ondulatoria per la dinamica delle particelle. Nobel 1934 con Dirac. 1928 Müller mette a punto uno strumento per misurare radiazione ionizzantep basato sul principio della scarica nei gas, secondo un'idea del suo supervisore Geiger: il contatore Geiger-Müller. 1928 Paul Dirac(Cavendish, Cambridge) postula l'esistenza di soluzioni a energia negativa per le particelle, il mare di Dirac. Nobel per la Fisica 1933 assieme a Schrödinger. 1930 Wolfgang Pauli (ETH Zurich) discute lo spettro degli elettroni nel decadimento β dei nuclei. Se il nucleo radioattivo decadesse nel nucleo stabile più un elettrone, e basta, quest'ultimo avrebbe una ben precisa energia cinetica. Invece sperimentalmente si osserva uno spettro continuo di energie, indice della presenza di una particella neutra tra i prodotti del decadimento. La particella neutra (inizialmente chiamata neutrone) non rilascia energia per ionizzazione nei rivelatori e sfugge all'osservazione. In seguito identificata con il neutrino. 1932 James Chadwick (Cavendish, Cambridge) scopre il neutrone. Seguendo l'esempio di Walther Bothe bombarda berillio con α provenienti da una sorgente di polonio (speciale perché emettitore esclusivo di questa radiazione, mentre ad esempio il radio emette tutti e tre i tipi di raggi). Questo aspetto è cruciale perchè il berillio è di spessore sufficiente a fermare tutte le particelle α, eppure una nuova radiazione emerge dal lato opposto alla sorgente. Essa non viene deviata da campi elettrici (è neutra). Chadwick la rivelata facendole attraversare paraffina, da cui emergono protoni in un contatore GM. Identifica che la particella neutra intermedia ha massa leggermente superiore a quella del protone. Premio Nobel per la Fisica nel 1935. 1932 Carl Anderson (Caltech, Pasadena) scopre che esistono elettroni di carica positiva, i positroni, misurandone la traccia in campo magnetico su pellicola fotografica. L'attraversamento di una lastra di piombo consente di stabilire la direzione di provenienza della particelladalla riduzione del raggio dovuta alla perdita di energia cinetica. La curvatura stabilisce lil segno della carica. Premio Nobel per la Fisica con V.F. Hess nel 1936. 1933 Fermi (Roma) studia le reazioni prodotte da neutroni (che non sentono alcuna barriera Coulombiana e possono penetrare i nuclei). Per aumentarne l'efficacia rallenta i neutroni con urti su protoni (acqua della vasca dei pesci di via Panisperna) e produce radioattività artificiale in argento. Studia il decadimento β dei nuclei. Riceve il premio Nobel per la Fisica nel 1938. 1935 Yukawa giustifica il corto raggio dell'interazione nucleare ipotizzando una particella scambiata tra nucleoni, di massa circa 150 MeV/c2, e chiamato mesone, perché di massa intermedia tra l'elettrone (leptone, leggero) ed il nucleone (barione, pesante). 1936 C.A. Anderson (Caltech) e Seth Neddemeier con camera a nebbia scoprono il mesotrone, la prima particella instabile e di massa {$100\le mc^2\le 150\mbox{MeV}$}.In seguito identificato con il muone, un secondo leptone, ossia un elettrone più massivo. 1941 B. Rossi misura la vita media di muoni da GeV prodotti nell'atmosfera. Questi muoni hanno {$\beta=0.98$} e la loro vita media, valutata in 2.3(2) ${\mu\mbox{s}$}, misurata nel sistema della Terra appare dilatata di un fattore 8-10, in pieno accordo con la relatività. 1946 Conversi Pancini e Piccioni dimostrano che il mesotrone non è la particella di Yukawa perchè interagisce troppo poco con nuclei di Carbonio. 1947 C.F. Powell e G. Occhialini, con emulsioni fotografiche in alta quota, scoprono il pione, la vera particella di Yukawa. 1947 Nello stesso anno Rochester e Butler scoprono il kaone, un altro mesone e la prima particella con numero quantico di stranezza diverso da zero. È l'inizio di una proliferazione di particelle che non ne giustifica più la pretesa di essere elementari. Segue lo stesso anno la {$\Lambda^0$}. 1955 Chamberlain e Segrè rivelano l'antiprotone. 1956 Reines e Cowan rivelano il neutrino (elettronico). 1957 T.D. Lee e Yang postulano la non conservazione della parità nei decadimenti deboli, in analogia con la simmetria assiale del campo magnetico. L'esperimento di Madame Wu dimostra la correlazione anisotropa dell'emissione di γ da nuclei di 60Co polarizzati, che conferma questa violazione. Garwin, Ledermann e Weinrich vedono lo stesso fenomeno nel decadimento del pione e in quello del muone. 1962 Lederman mostra che il neutrino muonico è distinto dal neutrino elettronico. < Leptoni, Mesoni, Barioni | IntroduzioneFisicaMateria.Indice | Simmetrie e leggi di conservazione > |