La materia oscura e il mistero dell'universo
Ne hanno parlato, l’hanno cercata ma nessuno sa ancora
cos’è davvero. Ecco allora un approfondimento sulla materia oscura, dal libro
di Massimo Teodorani
di Massimo Teodorani - 07/01/2016
La materia oscura e il mistero dell'universo
Estratto dal libro "L'atomo e le particelle
elementari" di Massimo Teodorani
La materia oscura
Fino alla prima metà del ’900 si riteneva che la quasi
totalità della massa dell’universo risiedesse nelle stelle e nelle galassie in
cui esse sono contenute.
Bastava monitorare l’universo con i telescopi, rilevare
la luce dei corpi celesti e dedurre automaticamente che solo ciò che emette
luce è dotato di massa. Poi, proprio da un’attenta analisi delle osservazioni
astronomiche ci si è accorti che le cose non stanno affatto in questi termini,
al punto tale che oggigiorno abbiamo un’accurata conferma che i corpi celesti
luminosi rappresentano solo il 4% della massa dell’universo.
Come siamo riusciti ad arrivare a questa deduzione?
Innanzitutto dal modo in cui le stelle orbitano attorno al centro delle loro
galassie.
Sia in base alle leggi della cinematica orbitale di
Keplero che a quelle della dinamica orbitale di Newton (che non rappresentano
altro che la legge di gravitazione universale), sappiamo che in un sistema
gravitazionalmente legato come una galassia, composto di tanti corpi orbitanti
slegati gli uni dagli altri, le stelle che si trovano più lontano dal centro
della galassia devono ruotare più lentamente di quelle che si trovano più
vicino al centro.
E invece le osservazioni spettroscopiche che ci
forniscono – tramite lo spostamento Doppler delle righe spettrali – la velocità
delle stelle all’interno del sistema galattico, mostrano che la velocità delle
stelle lontane dal centro galattico è molto maggiore di quella attesa.
Fino ad una piccola distanza dal centro galattico, le
previsioni della meccanica sembrano funzionare abbastanza bene, poi oltre una
certa distanza la velocità delle stelle anziché diminuire resta pressoché
costante.
Questo comportamento dinamico così inconsueto può essere
spiegato solo se si assume che la galassia contenga della materia invisibile
che non è concentrata nel nucleo e il cui effetto gravitazionale è responsabile
del moto peculiare delle stelle nella galassia. Un comportamento del genere lo
si riscontra anche su vastissima scala, quando si va a osservare gli ammassi di
galassie. […]
Studiando le anomalie riscontrate sia nelle stelle
singole all’interno di una data galassia che il regime di moto delle galassie
all’interno di un ammasso di galassie, si è dunque riscontrato che il rapporto
tra la massa di ciò che effettivamente si vede perché emette luce e la massa
relativa a ciò che non si vede deducibile dal comportamento gravitazionale
anomalo dei corpi celesti, è un valore compreso, a seconda dei casi tra 200 e
400, anziché 1 se dovessimo credere interamente a Keplero e a Newton.
Ciò dimostra che ben il 96% della materia che compone
galassie e ammassi di galassie, si trova in qualcosa di invisibile che non
riusciamo a vedere direttamente, ma di cui potremmo talvolta essere in grado di
misurarne gli effetti.
L'Atomo e le Particelle Elementari - Libro
Massimo Teodorani ci guida nel mondo delle particelle
elementari in un viaggio entusiasmante e avvincente, dove l’infinitamente
grande e l’infinitamente piccolo si intrecciano senza sosta.
Atomi che scambiano energia con la radiazione in un
universo quantistico, magici legami chimici, inquietanti forze nucleari che si
liberano all'improvviso, armoniose interazioni tra le particelle ultime in un
universo in continua evoluzione, misteriose trasformazioni di particelle, tutto
ciò non può non stupire e incuriosire chiunque sia affascinato da queste realtà
e curioso di conoscere i meccanismi che regolano e tengono insieme la materia,
ma che possono anche disgregarla e trasformarla.
Se un tempo si riteneva che la fisica nucleare fosse una
materia complessa, L'Atomo e le particelle elementari contraddice in pieno
questa convinzione, grazie alla raccolta e all'esposizione di tutte le più
importanti scoperte sul tema in un modo semplice e alla portata di tutti.
Massimo Teodorani propone le sue ricerche con grande
precisione e rigore, mostrando al contempo il lato misterioso e sorprendente
della conoscenza scientifica grazie alla narrazione estremamente coinvolgente.
Indice
Introduzione
1. Storia atomica
Le origini del concetto di atomo
L’atomismo indiano
L’atomismo greco
La lunga stasi aristotelica
La rinascita dell’atomismo in Europa
Gli “atomi chimici” di Dalton
La nascita della Tavola periodica degli elementi
Riassunto – Capitolo 1
Quesiti
2. Fisica atomica
I primi modelli di struttura atomica
L’atomo rigido di Thomson e la scoperta dell’elettrone
L’atomo planetario di Rutherford e la scoperta del
protone
L’impatto della teoria quantistica sulla fisica atomica
L’atomo quantistico di Bohr e la nascita del modello
atomico definitivo
La danza elettronica degli orbitali quantistici
La scoperta del neutrone
La natura quantistica del comportamento degli elementi
chimici
La magia del legame chimico
La Tavola periodica degli elementi chimici rivisitata
Riassunto – Capitolo 2
Quesiti
3. Fisica nucleare
I decadimenti e le forze nei nuclei atomici
La scoperta della radioattività
Instabilità degli atomi e decadimento radioattivo
Il decadimento Beta e la scoperta del neutrino
La conversione della massa in energia
La fissione nucleare
La fusione nucleare
La fusione nucleare nel Sole e nelle stelle
Il problema dei neutrini solari
La nucleosintesi degli elementi più pesanti
La fusione fredda: un fenomeno controverso
Riassunto – Capitolo 3
Quesiti
4. Fisica particellare
Le particelle e le interazioni fondamentali
Fermioni e bosoni
Le quattro interazioni fondamentali
I raggi cosmici
Come funzionano gli acceleratori di particelle
L’anello mancante della catena: il bosone di Higgs
La materia oscura
La supersimmetria e le superparticelle
La teoria delle superstringhe: verso il campo unificato
Particelle “molto esotiche”: monopoli magnetici e
mini-buchi neri
Cosmologia particellare: storia molto breve dell’universo
Riassunto – Capitolo 4
Quesiti
5. Riflessioni filosofiche sull’universo particellare
Riferimenti informativi e bibliografici
Appendice – Cronologia delle scoperte atomiche
Note
Massimo Teodorani
L'Atomo e le Particelle Elementari - Libro >> http://goo.gl/xPcDKs
Dalla scienza degli antichi alle superstringhe di oggi -
Manuale per studenti e ricercatori
