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| Particelle del Modello Standard e particelle supersimmmetriche |
R
RADIAZIONE
Fenomeno di emissione e propagazione
di energia secondo raggi che costituiscono il percorso di corpuscoli
(radiazione corpuscolare o materiale) o la direzione di onde (radiazione
ondulatoria). Le radiazioni ondulatorie sono dette luminose, elettromagnetiche o sonore a seconda del tipo di onda considerata. Le
radiazioni corpuscolari sono dette radiazioni α, β o γ a seconda che i
corpuscoli emessi siano particelle α, ossia nuclei di elio, β, ossia
elettroni, o γ, ossia fotoni. La radiazione cosmica è composta da due
parti, una proveniente direttamente dagli spazi extraterrestri,
radiazione cosmica primaria, e l'altra originata dai processi di
interazione di quella primaria con le particelle dell'atmosfera
terrestre, radiazione cosmica secondaria. Con altro significato, la
radiazione cosmica di fondo rappresenta la radiazione elettromagnetica
isotropa e diffusa uniformemente nell'universo, corrispondente alla
radiazione emessa da un corpo nero alla temperatura caratteristica di
2.7 kelvin, osservabile nella banda spettrale delle radioonde e che,
secondo le teorie cosmologiche correnti, costituirebbe il residuo della
radiazione elettromagnetica emessa nel corso del big bang: quest'ultima,
inizialmente caratterizzata da una temperatura di centinaia di milioni
di kelvin, si sarebbe successivamente raffreddata in seguito
all'espansione dell'universo con conseguente diminuzione della frequenza
caratteristica. Invece la radiazione solare descrive l'insieme delle
radiazioni elettromagnetiche emesse dal Sole, il cui spettro
caratteristico è analogo a quello di un corpo nero alla temperatura di
6000 kelvin: nell'investire la Terra, in parte viene riflessa, diffusa e
assorbita dall'atmosfera e dalle nubi, in parte (circa il 50%)
raggiunge la superficie terrestre.
RADIOATTIVITA'
Emissione
di radiazioni ionizzanti, corpuscolari ed elettromagnetiche, da parte
di nuclei atomici instabili, nuclei radioattivi, che subiscono una
modificazione strutturale (decadimento radioattivo) trasformandosi, in
genere, in un nucleo diverso: in particolare si hanno la radioattività
naturale e quella indotta, o artificiale, a seconda che sia una
proprietà spontanea dei nuclei o sia stata provocata per mezzo di
qualche reazione nucleare. Secondo il tipo delle radiazioni emesse si
distinguono sei tipi di radioattività naturale o di decadimento
radioattivo: radioattività α, in cui viene emessa una particella α, cioè
un nucleo di elio; radioattività β, negativa o positiva, in cui vengono
emessi, rispettivamente, un elettrone o un positrone; radioattività per
cattura elettronica, in cui il nucleo cattura un elettrone appartenente
ai livelli energetici più bassi, e la trasformazione si manifesta con
l'emissione di raggi X dovuti al riassestamento della struttura
elettronica; radioattività γ, in cui vengono emessi raggi gamma, ossia
fotoni; radioattività per conversione interna, in cui il fotone emesso
interagisce con un elettrone della struttura atomica, espellendolo.
RELATIVITA'
In
fisica, genericamente, si parla di relatività quando talune proprietà o
grandezze che caratterizzano un ente fisico sono definibili, e assumono
quindi significati e valori univoci, solo se si è convenzionalmente
fissato un criterio di riferimento (per esempio, un sistema di
coordinate), cosicché tali significati e tali valori non possono essere
considerati assoluti (indipendenti cioè dal sistema di riferimento
adottato) e inerenti all'ente fisico stesso, ma vanno al contrario
concepiti come relativi, in quanto variano se il sistema di riferimento
viene, per una qualsiasi ragione, cambiato. Con significato specifico,
il termine è usato quando l'invarianza di alcune leggi fisiche sotto
particolari trasformazioni del sistema di riferimento implica l'assenza
di un sistema di riferimento privilegiato per lo studio dei fenomeni
governati da quelle leggi. In particolare, il principio di relatività
galileiana, basato sull'invarianza delle leggi della meccanica espresse
in sistemi di riferimento i cui moti relativi siano rettilinei e
uniformi (riferimenti inerziali), nega l'esistenza di fenomeni meccanici
che possano determinare un riferimento inerziale privilegiato rispetto
al quale siano individuabili stati di moto o di quiete assoluti. Il
principio di relatività einsteiniana esclude l'esistenza di un
riferimento inerziale privilegiato (che le teorie precedenti
identificavano con il riferimento di quiete dell'etere) anche per quanto
riguarda i fenomeni elettromagnetici (le cui leggi sono invarianti per
trasformazioni di Lorentz tra riferimenti inerziali) e, assieme al
postulato dell'indipendenza della velocità della luce dallo stato di
moto della sorgente che la emette, è stato posto da Einstein a
fondamento della teoria della relatività ristretta (o speciale), dalla
quale discendono la costanza della velocità della luce in ogni sistema
di riferimento, la relatività della contemporaneità (o della
simultaneità), la dilatazione relativistica del tempo, la contrazione
relativistica delle lunghezze, l'equivalenza tra massa ed energia. La
teoria della relatività generale, successivamente formulata dallo stesso
Einstein, estende il principio di relatività a sistemi di riferimento
accelerati tra loro (riferimenti non inerziali) e, in base all'identità
tra massa inerziale e massa gravitazionale, ipotizza l'equivalenza tra
tali riferimenti e i campi gravitazionali, il che porta a considerare il
campo gravitazionale come una deformazione (curvatura) della geometria
dello spazio-tempo, che non va quindi considerata una proprietà
intrinseca e a priori dello spazio e del tempo, e risulta invece
determinata dai fenomeni fisici che vi si svolgono.
RINORMALIZZAZIONE
Nell'elettrodinamica
quantistica, procedimento di calcolo mediante il quale le divergenze (i
termini infiniti) che compaiono nello sviluppo perturbativo della
teoria possono essere riassorbite in una nuova definizione della massa e
della carica dell'elettrone (dette quindi massa e carica
rinormalizzate), dando luogo a risultati finiti (e quindi dotati di
senso fisico) per le probabilità di interazione tra le particelle e il
campo. Per estensione, qualunque ridefinizione di grandezze fisiche
misurabili che renda finito lo sviluppo perturbativo di una teoria
quantistica dei campi.
RISONANZA
In fisica nucleare,
si parla di risonanza in processi nucleari quando la sezione d'urto del
processo assume valori di picco per determinati valori dell'energia
delle particelle in gioco. Per estensione le risonanze nucleari
rappresentano stati eccitati in condizioni di risonanza di nuclei e
mesoni, classificabili come particelle ad interazione forte e vita media
brevissima, dell'ordine di 10-23 s.
ROTONE
Denominazione
del quanto di energia relativo a un moto rotatorio quantizzato, che
interviene, accanto al fonone, nella descrizione delle forme di
eccitazione elementare dei fluidi.
S
SAPORE
In fisica delle particelle elementari, uno dei numeri quantici che distinguono i quark.
SCALARE (PARTICELLA)
In
fisica delle particelle, sono dette scalari le particelle di spin nullo
e parità positiva, come i pioni, in quanto la loro funzione d'onda
quantistica è definita da una sola componente, e costituisce quindi un
campo scalare (se la parità è negativa, le particelle sono dette
pseudoscalari).
SCAMBIO (FORZA DI)
Le forze di
scambio, in fisica atomica, quelle derivanti dalla possibilità, di
natura tipicamente quantistica, che hanno due elettroni di un sistema
atomico di scambiarsi le rispettive posizioni, e che intervengono nella
teoria quantistica dei legami chimici, del ferromagnetismo, ecc.
Analoghe forze dovute allo scambio tra nucleoni intervengono nello
studio dell'energia di legame nucleare.
SCATTERING
In
fisica delle particelle elementari, il termine ha il significato
specifico di interazione tra due particelle in moto una rispetto
all'altra, che ne provoca la deviazione dalla loro linea di volo.
L'angolo di scattering è l'angolo formato dalla direzione della
particella uscente rispetto alla direzione iniziale. Gli esperimenti di
scattering sono quelli nei quali si studia l'interazione tra due
particelle inviando un fascio di particelle del primo tipo su un
bersaglio costituito almeno in parte da particelle del secondo tipo e
misurando la distribuzione in angolo ed energia delle particelle diffuse
a causa dell'interazione. Lo scattering elastico è quello nel quale
l'energia cinetica totale si conserva. Lo scattering anelastico, invece,
è quello nel quale parte dell'energia cinetica iniziale è spesa
nell'eccitazione di una o di entrambe le particelle, modificandone la
massa invariante. Lo scattering profondamente anelastico è quello nel
quale una delle due particelle si frammenta nei suoi componenti: è
questa la tipica reazione con la quale si può studiare la struttura a
partoni degli adroni. Lo scattering coulombiano è quello a cui è
soggetta una particella carica che viene deviata dal campo elettrico,
che è un campo coulombiano, di un atomo: è detto poi scattering multiplo
il fenomeno per cui la particella, attraversando uno strato finito di
materiale e subendo un grande numero di tali processi, all'uscita dello
strato non si trova più sulla linea di volo iniziale. La matrice di
scattering, o matrice S, rappresenta la matrice che descrive
completamente una reazione di scattering tra due particelle, esprimendo
ciascun elemento di essa l'ampiezza di probabilità che uno dei possibili
stati iniziali delle due particelle, libere prima dell'interazione, dia
luogo a uno dei possibili stati finali di particelle libere dopo
l'interazione: questo approccio permette di ricondurre l'analisi
quantistica di interazioni, per le quali non si disponga di una
soddisfacente teoria di campo, a quella dello stato iniziale e finale,
che sono di fatto quelli determinati e osservati in un esperimento, che
possono essere trattati con la teoria quantistica dei campi non
interagenti.
SCHERMATURA (EFFETTO DI)
In fisica
atomica, l'effetto di schermatura è quello esercitato dagli elettroni
più interni di un atomo sul campo coulombiano del nucleo.
SCIAME
In
fisica delle particelle elementari, è detto sciame, o cascata, il
processo di moltiplicazione a cui dà luogo una particella di energia
sufficientemente elevata, detta primaria, quando attraversa uno spessore
di materiale molto maggiore della lunghezza media percorsa dalla
particella prima di interagire: le particelle prodotte nelle interazioni
successive, dette secondarie, interagiscono a loro volta, per cui
l'energia del primario si ripartisce tra tutte le particelle secondarie:
la rivelazione di un segnale proporzionale al numero di queste, o al
cammino totale percorso, o all'energia depositata nel materiale,
permette di misurare l'energia iniziale, per cui il fenomeno è alla base
di molti rivelatori, detti «calorimetri», poiché la misurazione di
energia tramite un processo di degradazione di essa ricorda i
calorimetri usati in termologia.
SELETTRONE
In fisica delle particelle, ipotetica particella che rappresenta il partner supersimmetrico di spin zero dell'elettrone.
SELEZIONE (REGOLA DI)
Con
regola di selezione s'intende ogni regola che limiti la possibilità di
una transizione tra stati di un sistema atomico, molecolare, nucleare o
subnucleare; poiché le transizioni corrispondono a variazioni dei numeri
quantici del sistema, le regole di selezione si esprimono in genere
indicando le variazioni permesse di tali numeri quantici.
SEMICONDUTTORE
Materiale
che presenta, rispetto alla conduzione elettrica, un comportamento
intermedio tra quello degli isolanti e quello dei conduttori; la
conduttività di un mezzo dipende dalla struttura a bande degli stati
energetici degli elettroni: nei semiconduttori intrinseci, o puri, la
banda di valenza e la banda di conduzione sono separate da un'energia
comparabile con quella dovuta all'agitazione termica degli elettroni,
per cui un elettrone di valenza può passare nella banda di conduzione,
lasciando un vuoto, o lacuna, nella banda di valenza: sia l'elettrone
sia la lacuna si possono spostare sotto l'effetto di un campo elettrico,
contribuendo al passaggio di corrente nel mezzo, per cui il numero dei
portatori negativi è uguale a quello dei portatori positivi;
semiconduttori drogati, detti anche estrinseci, quelli in cui sono
inserite impurezze costituite da atomi aventi nella banda di valenza un
elettrone in eccesso o in difetto rispetto agli atomi della sostanza di
base. I semiconduttori in cui le impurezze, dette in questo caso
donatori, aggiungono elettroni, per cui la corrente è costituita
principalmente da cariche negative, sono detti di tipo n, quelli in cui
le impurezze, dette accettori, aggiungono lacune, per cui la corrente è
costituita da cariche positive, sono detti di tipo p; in una giunzione
tra uno strato n e uno strato p, la differenza tra la natura delle
cariche di conduzione dei due strati dà origine a comportamenti di
conduzione diversi a seconda del verso di passaggio della corrente
(diodo). Queste proprietà della giunzione sono all'origine di tutti i
dispositivi a semiconduttori (diodi, transistor, ecc.) impiegati
nell'elettronica moderna.
SEMILEPTONICO (PROCESSO)
In
fisica delle particelle elementari, detto di quei processi governati da
interazioni deboli in cui intervengono sia leptoni, cioè particelle a
interazione debole, sia adroni, cioè particelle a interazione forte; per
esempio, i decadimenti semileptonici delle particelle strane.
SERIE (SPETTROSCOPICA)
In
spettroscopia, serie spettroscopica o spettrale è la sequenza delle
righe di uno spettro atomico: la prima serie osservata (nel 1885) è
costituita dalla sequenza delle righe emesse dall'atomo di idrogeno
nella regione del visibile, ed è detta serie di Balmer, dal nome del suo
scopritore, il fisico Balmer. Altre serie dell'idrogeno sono la serie
di Lyman nella regione dell'ultravioletto, la serie di Paschen nella
regione dell'infrarosso, ecc; tutte queste serie corrispondono a
transizioni atomiche in cui varia il numero quantico principale (ossia
quello che identifica il valore dell'energia dello stato atomico). Le
serie successivamente osservate nelle varie sostanze vennero
classificate, a seconda delle caratteristiche spettroscopiche delle
righe, in serie nette o s (sharp), serie principali o p, serie diffuse o
d, serie fondamentali o f; queste classificazioni possono essere
ricondotte ai diversi valori dei numeri quantici orbitali, quelli
associati al valore del momento angolare, per cui la nomenclatura
spettroscopica è passata a identificare direttamente gli stati quantici
caratterizzati da tali numeri: così gli stati s corrispondono al valore 0
del numero quantico orbitale, gli stati p al valore 1, gli stati d al
valore 2, ecc.
SEZIONE (D'URTO)
Con significato
specifico, in fisica, la sezione d'urto rappresenta una grandezza,
avente le dimensioni fisiche di una superficie, che determina la
probabilità di una particella di interagire attraverso una determinata
interazione con un'altra particella; in maniera analoga si introducono
la sezione di cattura, la sezione di diffusione, ecc, che determinano le
probabilità dei relativi processi.
SHELL
Termine
usato in fisica atomica quantistica per indicare l'insieme degli
elettroni di un atomo che hanno il medesimo numero quantico principale.
SIMMETRIA
In
fisica, si parla di simmetria tutte le volte che una trasformazione,
per esempio del sistema di riferimento, lascia invariate certe grandezze
o proprietà fisiche, mentre si parla al contrario di violazione della
simmetria quando si incontrano grandezze o proprietà non invarianti
sotto la stessa trasformazione; la simmetria per rotazione e per
traslazione descrivono l'invarianza delle leggi fisiche per rotazione o
traslazione del sistema di riferimento. La simmetria per inversione del
tempo, o simmetria temporale, detta anche simmetria T, descrive
l'invarianza di una legge fisica per inversione del segno della
coordinata temporale: le leggi della meccanica sono simmetriche rispetto
al tempo, ma non lo sono, per esempio, quelle della termodinamica. La
simmetria per inversione della parità spaziale, detta simmetria P,
rappresenta l'invarianza di una legge fisica per riflessione delle
coordinate spaziali, violata dalle interazioni deboli. La simmetria per
coniugazione di carica, detta simmetria C, è l'invarianza del
comportamento di un sistema sotto lo scambio di tutte le particelle con
le corrispondenti antiparticelle. In meccanica quantistica si possono
considerare simmetrie sotto trasformazioni di qualunque numero quantico:
particelle che differiscono tra loro per il valore di questo numero
quantico si possono considerare come componenti di un unico multipletto e
possono essere trasformate l'una nell'altra attraverso rotazioni in uno
spazio astratto o «interno» alle particelle, per cui si parla di
simmetrie interne, largamente impiegate nella classificazione delle
varie famiglie di particelle e nell'analisi delle loro interazioni. Le
simmetrie globali sono quelle basate su trasformazioni, nello spazio
ordinario o nello spazio interno, che sono le stesse per tutti i punti
dello spaziotempo, in contrapposizione alle simmetrie locali, basate su
trasformazioni i cui parametri dipendono dalle coordinate
spaziotemporali e sono quindi diversi da punto a punto. Infine si parla
di rottura spontanea della simmetria quando la simmetria delle equazioni
dinamiche non è rispettata dallo stato fondamentale, lo stato di vuoto:
questo meccanismo è alla base del modello standard delle interazioni
elettrodeboli.
SIMULTANEITA'
Termine comunemente
usato con riferimento, in particolare, all'importanza che la definizione
della simultaneità tra due eventi distanti ha assunto nella teoria
della relatività; più precisamente, secondo Einstein, due eventi
distanti sono da considerarsi simultanei in un determinato sistema di
riferimento se due segnali luminosi, partenti da ciascuno di essi
nell'istante in cui essi si verificano, giungono nello stesso istante
nel punto posto a distanza intermedia tra essi. Ne segue la relatività
della simultaneità, in base alla quale la simultaneità di due eventi
distanti dipende dal sistema di riferimento in cui questi eventi vengono
osservati.
SINCROCICLOTRONE
Macchina acceleratrice
di particelle cariche (protoni, deutoni, particelle alfa), detta anche
ciclosincrotrone, che utilizza un campo magnetico costante, come il
ciclotrone, ma a differenza di questo permette, attraverso la variazione
della frequenza della tensione acceleratrice, di mantenere
sincronizzate con questa anche particelle relativistiche; a causa di
tale variazione il ciclo di accelerazione non può essere continuo, ma
deve seguire un pacchetto di particelle fino alla massima energia per
poi ricominciare con un nuovo pacchetto: il sincrociclotrone è quindi
una macchina a funzionamento impulsivo.
SINCROTRONE
Macchina
acceleratrice circolare di particelle cariche, nella quale, oltre alla
modulazione della frequenza della tensione acceleratrice, tipica del
sincrociclotrone, viene variato, in sincronismo con la variazione della
quantità di moto delle particelle, il campo magnetico dipolare che
mantiene l'orbita circolare delle particelle: in questo modo il raggio
dell'orbita è mantenuto costante, e il campo magnetico deve coprire solo
l'anello, costituito da una camera a vuoto, nel quale circolano le
particelle; anziché un unico magnete, come nei ciclotroni, si possono
quindi utilizzare una serie di dipoli magnetici allineati lungo l'orbita
delle particelle: con questa disposizione si realizzano acceleratori
con una circonferenza di parecchi chilometri. A seconda delle particelle
accelerate, si distinguono protosincrotroni, che accelerano protoni le
cui energie massime sono limitate solo dalle dimensioni fisiche
dell'acceleratore, e elettrosincrotroni, che accelerano elettroni le cui
energie massime sono limitate a qualche centinaio di GeV dalla perdita
di energia dovuta alla radiazione di sincrotrone, ossia all'emissione di
radiazione elettromagnetica da parte della particella carica
accelerata, enormemente maggiore nel caso degli elettroni a causa della
loro piccola massa; gli intensi flussi di fotoni dovuti a tale
radiazione possono essere a loro volta impiegati, in acceleratori
appositamente progettati, per varie esperienze di struttura della
materia, chimica, ecc: in questi casi la radiazione prodotta è detta
anche luce di sincrotrone. Infine le oscillazioni di sincrotrone
rappresentano le oscillazioni rispetto ai valori centrali di energia e
di fase delle particelle accelerate in un sincrotrone.
SINGOLETTO
In
spettroscopia, riga spettroscopica isolata, tale cioè che, anche se
osservata con spettroscopi di altissimo potere risolutivo, si conserva
singola senza scindersi in due o più componenti assai ravvicinate e
quindi senza presentare alcuna struttura. Con significato estensivo, il
termine è poi usato, in riferimento ad atomi o a particelle subatomiche,
in contrapposizione a multipletto, per indicare uno stato non degenere,
non costituente cioè una sovrapposizione di più stati in qualche modo
separabili.
SLEPTONE
In fisica delle particelle,
famiglia di particelle che comprende tutti i partner supersimmetrici dei
leptoni, come per esempio il selettrone.
SMAGNETIZZAZIONE (ADIABATICA)
La
smagnetizzazione adiabatica è un procedimento, detto anche
raffreddamento magnetico, per ottenere temperature estremamente basse,
consistente nel magnetizzare un sale paramagnetico isotermicamente a
temperatura dell'ordine di 1 kelvin, e nello smagnetizzarlo poi
adiabaticamente rimuovendo il campo magnetizzante con conseguente
ulteriore raffreddamento della sostanza.
SOLITONE
Termine
introdotto inizialmente (1965) per denominare l'onda solitaria nei
canali e poi generalizzato per indicare una perturbazione spazialmente
localizzata che si propaga senza attenuarsi, mantenendo un profilo
peculiare, rappresentata da una soluzione particolare di un'equazione
differenziale non lineare, l'equazione di Korteweg-de Vries o equazione
KdV, dal nome dei due matematici olandesi che la formularono nel 1895.
Oltre alla detta onda solitaria, altri fenomeni riconducibili ai
solitoni sono analoghe onde che si formano nei maremoti, propagandosi
inalterate per migliaia di chilometri, certe onde nei plasmi e alcuni
modi di propagazione di impulsi luminosi in fibre ottiche.
SOTTOLIVELLO (ENERGETICO)
In
fisica quantistica, il sottolivello energetico rappresenta ognuno degli
stati energetici componenti uno stesso stato degenere di un sistema. I
sottolivelli risultano osservabili soltanto rimuovendo la degenerazione:
per esempio, in fisica atomica la separazione dei livelli con uguali
numeri quantici principale e orbitale si ottiene applicando un campo
magnetico al sistema.
SPALLAZIONE
In fisica
nucleare, processo di frammentazione di un nucleo atomico in più parti
(nuclidi di spallazione), provocato dalle collisioni con particelle
veloci di grande energia.
SPAZIOTEMPO
Spazio
quadridimensionale, detto anche continuo spazio-temporale o cronotopo,
utilizzato nella teoria della relatività per rappresentare il mondo
fisico sulla base delle tre dimensioni corrispondenti allo spazio
ordinario e di una quarta corrispondente al tempo; tale estensione è
resa necessaria dal fatto che nella teoria della relatività ristretta
l'intervallo temporale tra due eventi distanti nello spazio non è una
quantità assoluta, ma dipende dal sistema di riferimento spaziale in cui
viene misurato: nelle trasformazioni tra sistemi di riferimento
diversi, le coordinate temporali si trasformano anche in funzione delle
coordinate spaziali, e viceversa (trasformazioni di Lorentz). La
formalizzazione matematica del concetto di spazio-tempo prende il nome
di spazio di Minkowski, dal matematico lituano Minkowski che l'ha
introdotta.
SPAZIOTEMPORALE (INTERVALLO)
L'intervallo
spaziotemporale rappresenta la distanza tra due eventi rappresentati da
due punti dello spaziotempo: se la distanza spaziale tra i due eventi è
maggiore del percorso che può compiere la luce nell'intervallo
temporale che intercorre tra gli eventi, questi non possono avere tra
loro una relazione di causa-effetto ed esiste un riferimento nel quale i
due eventi avvengono nello stesso istante in punti spaziali diversi,
per cui un tale intervallo si dice intervallo spaziotemporale di tipo
spazio; se viceversa la distanza spaziale tra i due eventi è minore del
percorso che può compiere la luce nell'intervallo temporale che
intercorre tra gli eventi, allora il secondo evento può essere
influenzato dal primo ed esiste un riferimento in cui i due eventi
avvengono uno dopo l'altro nella stessa posizione spaziale, per cui un
tale intervallo si dice intervallo spaziotemporale di tipo tempo.
SPIN
In
fisica delle particelle elementari, il momento angolare intrinseco che è
necessario attribuire a una particella, indipendentemente dal suo moto
nello spazio, per interpretarne il comportamento sperimentale: tale
momento di spin, o semplicemente spin, si compone con il momento della
quantità di moto orbitale dando luogo al momento angolare totale. Il
numero quantico di spin rappresenta il valore del momento di spin di una
particella, espresso in unità h/2π, essendo h/2π la costante di Planck
razionalizzata, che in meccanica quantistica rappresenta l'unità
naturale dei momenti angolari. Può assumere soltanto valori interi
oppure seminteri, determinando nei due casi l'appartenenza della
particella cui si riferisce alla statistica di Bose-Einstein o,
rispettivamente, a quella di Fermi-Dirac: le particelle di spin intero
sono quindi dette bosoni, mentre quelle di spin semintero sono dette
fermioni. Lo spin isotopico, o isospin, descrive una grandezza
introdotta per contraddistinguere particelle, come il protone e il
neutrone, che manifestano lo stesso comportamento rispetto
all'interazione nucleare, hanno masse molto vicine, ma differiscono per
il valore della carica elettrica; ciascuno di questi gruppi, multipletto
di spin isotopico, può essere considerato come un'unica particella che
può esistere in differenti stati di carica (per esempio, il protone e il
neutrone possono essere visti come due stati di carica di un'unica
particella detta nucleone). Lo spin isotopico ha una stretta analogia
formale con lo spin ordinario, potendo essere considerato come un
vettore rappresentato in un suo spazio, detto isospazio, nel quale gode
di proprietà analoghe a quelle dello spin nello spazio ordinario.
SPINORE
Ente
matematico atto a rappresentare rotazioni spaziali in spazi a più
dimensioni; ha il carattere di un vettore complesso ed è usato in
meccanica quantistica per rappresentare la funzione d'onda degli
elettroni e delle altre particelle dotate di spin.
SPLITTING
In spettroscopia, e in generale in fisica, la separazione o la risoluzione di un multipletto nei suoi componenti.
SPOSTAMENTO
In
spettroscopia lo spostamento delle righe spettrali descrive il fenomeno
che si verifica in seguito a variazioni di lunghezza d'onda per effetto
Doppler: per esempio lo spostamento verso il rosso (red shift), nello
spettro della luce emessa da astri che s'allontanano dalla Terra.
SQUARK
In fisica delle particelle, ipotetica particella che rappresenta il partner supersimmetrico di spin zero del quark.
SQUID
In
fisica, sigla di Superconducting QUantum Interference Device,
«dispositivo interferenziale quantistico superconduttore», indica un
dispositivo basato sull'effetto quantistico, denominato effetto
Josephson), consistente nel passaggio in una giunzione di due
superconduttori debolmente accoppiati di una debole corrente continua
senza applicare una tensione (SQUID in corrente continua) o di una
corrente alternata di ben precisa frequenza se si applica una tensione
(SQUID in corrente alternata); le sue principali applicazioni sono
basate sul fatto che esso costituisce un magnetometro di ineguagliabile
sensibilità (dell'ordine di soltanto 10-14 tesla), per esempio per ricerche di magnetismo nell'ambito biologico.
STANDARD
In
fisica delle particelle elementari, il modello standard delle
interazioni elettrodeboli è una teoria unificata delle interazioni
elettromagnetiche e deboli, basata sul meccanismo di rottura spontanea
di una simmetria locale, che prevede l'esistenza dei bosoni intermedi.
STELLARATOR
In
fisica, nome di un tipo di macchina a plasma per esperimenti sulla
fusione nucleare, costituito da un recipiente toroidale su cui è posto
un avvolgimento elicoidale percorso da corrente, che produce un campo
magnetico la cui configurazione è tale da confinare il plasma in
prossimità dell'asse del toro; con tale dispositivo si possono
raggiungere temperature elettroniche dell'ordine di 106 K per un periodo
dell'ordine di qualche millisecondo.
STRANEZZA
Il
numero quantico di stranezza, detto anche, più brevemente, stranezza
(indicato con la lettera S), è il numero quantico introdotto per
giustificare il comportamento delle particelle strane, che possono
essere prodotte in coppia nelle interazioni forti ma hanno una vita
media estremamente lunga, per cui il loro decadimento deve essere
attribuito alle interazioni deboli: questa «stranezza» viene spiegata
per l'appunto assumendo che nelle interazioni forti valga la legge di
conservazione della stranezza, violata invece nelle interazioni deboli:
nella produzione forte di una coppia di particelle strane devono quindi
essere prodotte sempre una particella con stranezza positiva e una con
stranezza negativa, in modo che la somma algebrica dei numeri quantici
di stranezza rimanga inalterata.
STRAPPO (REAZIONE)
In
fisica nucleare, reazione di strappo (o di strappamento) descrive una
reazione in cui una parte della particella si unisce al nucleo
bersaglio, mentre l'altra parte prosegue all'incirca lungo la direzione
d'incidenza e con il moto originale.
STRATO
Lo
strato elettronico è l'insieme degli elettroni di un atomo che hanno il
medesimo numero quantico principale e che occupano intorno al nucleo
atomico una ben definita regione stratiforme a guscio vagamente sferico:
si chiama strato di valenza lo strato più esterno, formato da non più
di 8 elettroni, in quanto ivi sono gli elettroni che determinano la
valenza dell'atomo. Lo strato di sbarramento è, invece, un doppio strato
costituito dalle cariche nucleari e da quelle elettroniche degli atomi
dello strato superficiale di un conduttore, al quale si può, in prima
approssimazione, ascrivere il fatto che gli elettroni di un conduttore
restino normalmente confinati nel volume del conduttore medesimo.
STRINGA
Generalizzazione
del concetto di particella, secondo la quale quest'ultima viene vista
come una struttura lineare alle cui estremità sono un quark e un
antiquark, che ricordano i poli, opposti, alle estremità di una
sbarretta magnetizzata: come quando la sbarretta si spezza si formano
due sbarrette magnetizzate, così se si spezza una stringa si forma una
nuova coppia di quark e antiquark, e se si riaccostano queste due
stringhe com'erano prima, questa coppia scompare; si potrebbe per tale
via elaborare un modello di processi di formazione e di distruzione di
particelle (il cosiddetto modello a stringhe). Invece la stringa, o
corda, cosmica, è la denominazione di strutture materiali lineari che si
pensa possano essersi originate durante fasi di transizione
dell'evoluzione cosmica; a differenza delle omonime strutture
riguardanti le particelle elementari e ricordate prima, si tratta di
oggetti con dimensioni macroscopiche e con struttura non particellare,
dalla rottura di una complessa rete delle quali si pensa che possano
essersi costituiti i germi di formazione delle galassie e degli ammassi
stellari.
SUPERCONDUTTORE
Elemento o sostanza che
presenta superconduzione. In particolare il magnete superconduttore è un
elettromagnete il cui campo magnetico, generato da una bobina
superconduttrice mantenuta a temperatura inferiore alla temperatura
critica di superconduzione da un impianto criogenico, non è limitato dal
valore di saturazione proprio dei materiali ferromagnetici con cui sono
realizzati i nuclei degli elettromagneti convenzionali. Sono sostanze
superconduttrici, metalli, leghe e altri composti che, al di sotto di
una certa temperatura, presentano resistenza elettrica nulla; tra le
proprietà delle sostanze superconduttrici vi è quella di espellere
completamente le linee di forza del campo magnetico (proprietà opposta a
quella delle sostanze ferromagnetiche, così che per i superconduttori
si parla di «sostanze diamagnetiche perfette»), per cui il campo
magnetico all'interno di un superconduttore è sempre rigorosamente nullo
(effetto Meissner) quando il campo esterno è inferiore a un valore
critico.
SUPERCONDUZIONE
Particolare tipo di
conduzione elettrica presentato da alcuni elementi metallici, alcuni
composti e leghe, una volta che siano stati portati a una temperatura
minore della temperatura critica di superconduzione (o temperatura di
transizione di superconduzione), variabile da sostanza a sostanza (ma
tipicamente molto bassa), caratterizzato dall'assenza di sensibili
fenomeni dissipativi e quindi dalla circostanza che una corrente
elettrica instauratasi in una di tali sostanze superconduttrici ha
praticamente carattere permanente, cioè si manifesta pressoché costante
in intensità, anche al cessare della causa che l'ha prodotta. La
superconduzione trova larga applicazione nella generazione di campi
magnetici elevati (attraverso magneti superconduttori), mentre altri
possibili usi di tale fenomeno («levitazione magnetica», linee di
trasmissione elettrica prive di dissipazione, ecc.) sono stati
fortemente limitati dalla difficoltà di mantenere temperature prossime
allo zero assoluto per grandi volumi di materia. Recentemente il
fenomeno della superconduzione è stato osservato per temperature elevate
(anche prossime alla temperatura ambiente) in particolari materiali
ceramici (per i quali si parla di superconduzione ad alta temperatura),
aprendo nuove prospettive all'applicazione del fenomeno su larga scala.
SUPERCORRENTE
La
corrente elettrica permanente che può instaurarsi in un superconduttore
o, in parte, in una giunzione tra due superconduttori.
SUPERELASTICO (URTO)
L'urto
superelastico rappresenta un tipo di urto tra una particella e un
sistema atomico eccitato in cui la particella acquista energia cinetica
dal sistema e questo torna allo stato fondamentale.
SUPERFLUIDITA'
Particolare
stato della fase liquida dell'elio a bassa temperatura, nota come elio
II: tale fase esiste per temperature inferiori a 2.19 K alla pressione
della tensione di vapore dell'elio liquido, e mostra nei confronti della
fase normale (elio I) una assai minore viscosità e una grande
conducibilità termica. Mentre la fase normale non è in grado di
attraversare un setto poroso con fori molto piccoli, ciò risulta agevole
alla fase superfluida, e mentre nella fase normale la trasmissione del
calore avviene per conduzione, per la fase superfluida avviene per onde
elastiche di tipo particolare; inoltre, la fase superfluida è in grado
di salire lungo le pareti del recipiente in cui si trova, bagnandole con
un film molto sottile.
SUPERFLUORESCENZA
Nella
fisica delle radiazioni elettromagnetiche, emissione di radiazione non
coerente la cui intensità sia proporzionale al quadrato del numero degli
atomi del sistema emittente, decadendo poi in un tempo notevolmente
inferiore a quello di una radiazione incoerente la cui intensità sia
proporzionale al numero degli atomi del sistema; tale decadimento
accelerato è favorito dalla correlazione delle radiazioni emesse dai
singoli atomi del sistema, la quale non è imposta da una causa esterna,
come nel caso della superradianza, ma è generata dalla radiazione emessa
dal sistema stesso le cui dimensioni devono essere minori della
lunghezza d'onda della radiazione emessa (da 10-4 cm a 10-5 cm per radiazioni dal visibile all'infrarosso).
SUPERMULTIPLETTO
Gruppo di stati quantici caratterizzati dal possedere almeno un numero quantico uguale.
SUPERPROTOSINCROTRONE
Sincrotrone capace di accelerare protoni sino a conferire loro energie particolarmente alte, dell'ordine delle centinaia di GeV.
SUPERRADIANZA
Nella
fisica delle radiazioni elettromagnetiche, in particolare nella tecnica
dei laser, emissione coerente di radiazione da parte di un sistema di
atomi preventivamente eccitato per mezzo di una radiazione coerente; in
tale fenomeno, la radiazione è caratterizzata dal fatto che la sua
intensità di emissione è proporzionale al quadrato del numero degli
atomi del sistema emittente e decade in un tempo molto più breve di
quello di una radiazione coerente, in quanto la radiazione emessa dagli
atomi eccitati coerentemente reagisce sugli atomi stessi correlandone, e
quindi accelerandone, il decadimento.
SUPERSELEZIONE (REGOLE DI)
Sono
dette regole di superselezione alcune regole di conservazione aventi
carattere assoluto, quali la conservazione, in ogni tipo di interazione,
del numero barionico (?) e del numero leptonico.
SUPERSIMMETRIA
In
fisica delle particelle elementari, particolare simmetria volta a
raccogliere in un unico supermultipletto particelle con spin diversi,
che permetterebbe di semplificare l'attuale divisione delle particelle
note in campi di materia (i fermioni, di spin semintero), campi di forza
(i bosoni, di spin intero) e campi scalari (di spin nullo),
incorporando in un'unica teoria la descrizione di tutte le interazioni
fondamentali. Lo sviluppo coerente di una teoria supersimmetrica
richiede però che ad ogni particella nota corrisponda un partner
supersimmetrico che differisca da essa per il numero quantico di spin.
Nessuna di tali particelle supersimmetriche è stata finora osservata.
T
TACHIONE
Termine
introdotto per indicare una particella che possa muoversi soltanto con
velocità superiore a quella della luce nel vuoto, e la cui esistenza,
pur non risultando in contrasto con la teoria della relatività
ristretta, non è stata ancora dimostrata sperimentalmente.
TAUONE
Particella carica instabile, di spin 1/2 e vita media dell'ordine di 10-15
s, appartenente alla famiglia dei leptoni (leptone t); poiché la sua
massa è molto maggiore di quella degli altri leptoni (elettroni, muoni,
ecc.) si chiama anche leptone pesante.
TENSORE (METRICO)
Nella
relatività generale, il tensore metrico rappresenta il tensore che
definisce le proprietà geometriche locali, ossia la metrica, dello
spazio-tempo quadridimensionale.
TEVATRONE
Acceleratore capace di conferire a particelle energie dell'ordine dei teraelettronvolt, le maggiori ora realizzabili (1 TeV = 1012 eV).
TOP
In
fisica delle particelle, uno dei sapori di quark, di carica elettrica
pari a 2/3 di quella del protone, dotato del numero quantico di truth e
di simbolo t, la cui esistenza, prevista teoricamente, è stata
dimostrata nel 1994-95; è così chiamato in quanto associato in un
doppietto al quark bottom.
TOPONIO
In fisica delle
particelle, ipotetico sistema legato costituito da un quark top e da un
antiquark top (oggi si sa che un tale sistema non esiste perché non ha
il tempo di legarsi prima che il quark top decada).
TRANSIZIONE
In
meccanica quantistica, il passaggio di un sistema (un atomo, una
molecola, un nucleo, ecc.) da uno all'altro dei suoi stati quantici. Con
probabilità di transizione s'intende la probabilità che avvenga una
data transizione da uno stato iniziale a uno stato finale. Più in
generale, nelle teorie dei processi stocastici, per un sistema soggetto a
processi aleatorî che possa trovarsi in un insieme (finito o
numerabile) di stati, è detta matrice di transizione la matrice quadrata
(di ordine uguale al numero di stati, e quindi eventualmente infinito)
nella quale vengono ordinate tutte le probabilità di transizione da uno
all'altro dei possibili stati del sistema.
TRIPLETTO
In
meccanica quantistica, insieme di tre stati di un sistema atomico o
subatomico che differiscono tra loro per uno solo dei numeri quantici,
quando questo può assumere tre soli valori distinti.
TUNNEL (EFFETTO)
L'effetto
tunnel descrive un fenomeno, tipicamente quantistico, per cui una
particella ha una probabilità diversa da zero di superare una barriera
di potenziale anche quando la sua energia è minore del valore massimo
della barriera di potenziale; su tale effetto si basa il funzionamento
del diodo tunnel, nel quale la profondità della regione di carica
spaziale intorno alla giunzione è estremamente ridotta a causa di un
drogaggio molto elevato, per cui la conduzione ha luogo anche in
condizioni di polarizzazione inversa (contrariamente a ciò che avviene
in un normale diodo): la zona di funzionamento caratteristica del diodo
tunnel è quella per piccole polarizzazioni dirette (fino a qualche
centinaio di millivolt) dove la conduttanza dinamica varia rapidamente,
assumendo anche valori negativi. Il microscopio a effetto tunnel è un
microscopio ad altissimo fattore di ingrandimento (anche superiore a
quello del microscopio elettronico) basato sul fatto che tra due
conduttori, se molto vicini, passa per effetto tunnel una corrente
elettrica anche in assenza di contatto; nel microscopio, una punta molto
acuta esegue uno scanning del campione essendo mantenuta alla distanza
suddetta da un dispositivo di regolazione che retroagisce sulla punta ad
ogni minima variazione di corrente: l'apparato è così sensibile che un
calcolatore elettronico legge e visualizza su uno schermo spostamenti
della punta dell'ordine delle dimensioni atomiche.
U – V – Z
ULTRARELATIVISTICO (MOTO)
Moto
di una particella la cui velocità è prossima a quella della luce nel
vuoto (limite che non può essere mai raggiunto da particelle dotate di
massa in base alla teoria della relatività ristretta) e può essere posta
uguale ad essa nei calcoli pratici, con grande semplificazione delle
formule.
UNIFICAZIONE
In fisica dei campi,
l'identificazione di interazioni diverse nell'ambito delle teorie
unificate, come l'unificazione elettrodebole e le teorie di grande
unificazione, o teorie «grandunificate», tentativi di ridurre tutte le
interazioni, inclusa la gravitazione, a un unico principio.
UP
In fisica delle particelle, uno dei sapori di quark, di simbolo u.
URTO
Gli
urti tra particelle microscopiche sono solitamente studiati inviando un
fascio di particelle contro un bersaglio macroscopico, e vengono
quantificati attraverso la sezione d'urto totale, indicata con la
lettera σ e definita come σ = pV/dN, dove p è la probabilità che una
singola particella del fascio interagisca con il bersaglio, V è il
volume del bersaglio, d è lo spessore del bersaglio (che deve essere
sufficientemente sottile affinché la probabilità p sia molto minore di
1) e N è il numero di particelle contenute in esso (la sezione d'urto ha
quindi le dimensioni di una superficie). Si distingue tra sezione
d'urto inclusiva o esclusiva a seconda che la probabilità sia relativa a
tutti o solo ad alcuni tipi di interazione (per esempio quelli che
producono un certo stato finale). E' detta sezione d'urto differenziale
la derivata della sezione d'urto totale rispetto a una qualunque
variabile cinematica dello stato finale.
VUOTO
Nel
secolo 19° le difficoltà connesse alla concezione dell'azione a
distanza, sintetizzate nella massima «un corpo non può agire dove non
è», e la scoperta del carattere ondulatorio della radiazione portano
alla postulazione dell'etere come ente materiale esteso in tutto lo
spazio «altrimenti vuoto» e quindi alle teorie basate sul concetto di
campo (elettromagnetico, gravitazionale) in base alle quali, a rigore,
non esiste una zona di spazio totalmente priva di qualsiasi forma di
energia. Nel secolo 20° Einstein elabora un programma teorico, basato
sulle teorie della relatività speciale e generale, tendente a ricondurre
i campi a semplici alterazioni delle proprietà geometriche dello spazio
vuoto, mentre nella elettrodinamica quantistica, secondo la teoria del
fisico inglese Dirac, lo spazio vuoto è sempre densamente popolato di
stati di particelle con energia negativa, fisicamente non osservabili,
che possono essere però eccitati da un campo elettromagnetico in stati
di energia positiva, dando luogo alla materializzazione di un fotone in
una coppia di particella e antiparticella. Con lo stesso meccanismo il
campo elettromagnetico generato da una particella carica nel vuoto
produce una serie di coppie di particelle virtuali con cariche di segno
opposto che, pur essendo immediatamente riassorbite, modificano il campo
originario, dando luogo a una correzione effettivamente misurabile
detta polarizzazione del vuoto (sotto lo stesso nome vanno fenomeni
simili che si manifestano nelle altre interazioni fondamentali).
ZERO (ENERGIA DI PUNTO)
In
fisica quantistica, l'energia di punto zero, o a temperatura zero, è la
denominazione introdotta dal fisico tedesco Planck per indicare
l'energia dello stato fondamentale di ogni sistema quantistico.
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