Page 162 - Un fisico in salotto
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Le interazioni forti
A ogni buon conto, cosa ci fa pensare che debbano esistere altre interazioni oltre a
quella gravitazionale e quella elettromagnetica? Per cominciare, possiamo fare un
semplice ragionamento che ci conduce ad ammettere l’esistenza delle interazioni
forti. A questo scopo partiamo dalla conoscenza che abbiamo del nucleo atomico.
Abbiamo già fatto appello a quello che abbiamo studiato al liceo, ricordando che
il nucleo di un atomo è costituito da un certo numero di protoni e neutroni.
Il protone è una particella che possiede carica positiva. Esso è stato individuato
nel nucleo dal fisico neozelandese Ernest Rutherford (1871-1937) nel 1907.
Il neutrone è una particella che invece non possiede carica elettrica (e per questo è
stato chiamato così). Esso è stato individuato nel nucleo dal fisico inglese James
Chadwick (1891-1974) nel 1932.
Ebbene, quale forza tiene uniti insieme protoni e neutroni a formare il nucleo
dell’atomo?
Questo legame non può essere di origine elettromagnetica, poiché si può avere
una coesione solo fra due particelle con cariche di segno opposto, che si attraggono;
dunque non fra protoni, che possiedono tutti carica positiva, e neppure fra protoni e
neutroni o neutroni fra loro poiché il neutrone non possiede carica elettrica.
Potrebbe trattarsi allora di un legame dovuto alla forza gravitazionale? No. Infatti
essa, pur essendo sempre attrattiva, è debolissima rispetto alla mutua repulsione
elettrostatica esistente tra i protoni. E allora?
Non c’è altra spiegazione che ammettere l’esistenza di forze attrattive, molto
intense, originate da un nuovo tipo di interazione , che si sovrappongono alla
repulsione elettrostatica e che si manifestano soltanto quando i protoni e i neutroni
sono molto vicini. Certo, perché a grandi distanze due protoni si respingono
mutuamente come due qualsiasi altri corpi che possiedono cariche dello stesso
segno.
Che idea possiamo farci, allora, del nucleo atomico?
Per aiutarci con un paragone, possiamo immaginare che queste ‘nuove’ forze
attrattive agiscano facendo in modo che protoni e neutroni siano simili a palline
ricoperte da una sostanza appiccicosa come la colla di un nastro adesivo.
Quando queste palline sono a una certa distanza fra loro, il fatto che siano
ricoperte o meno di colla non fa differenza. Se invece esse si trovano a piccolissima
distanza, gli strati di colla si toccano e magari, contraendosi un poco, tendono ad
avvicinare ulteriormente le palline mantenendole comunque strettamente unite e
superando anche una eventuale repulsione di origine elettrostatica.
L’effetto della colla è quello di stabilire un’interazione che si manifesta con una
forza molto intensa tra le palline (per questo parliamo di interazioni forti) ed è
comunque un’interazione a corto raggio di azione poiché svanisce non appena le
palline vengono un po’ allontanate. In queste ultime condizioni prevale
evidentemente la repulsione elettrostatica a lungo raggio di azione, anche se
intrinsecamente molto più debole della precedente.