Un esercito di nuove particelle

Il rapido aumento con l'altitudine del numero di protoni , neutroni e mesoni π fece desiderare ai fisici di condurre esperimenti alle maggiori altitudini possibili. La tecnica dei palloni sonda fu perfezionata al punto che divenne possibile far volare strumenti scientifici abbastanza pesanti ed elaboarti per ore o giorni fino ad altitudini superiori ai 3.000m.

Qui a fianco la foto del lancio dei palloni con le emulsioni nucleari dell'esperimento G-Stack nell'Ottobre del 1954. A destra nella foto Cecil F.Powell ceh ricevette nel 1950 il premio Nobel anche per i suoi contributi allo sviluppo della tecnica delle emulsioni nucleari.

Per condurre invece esperimenti che necessitavano di strumentazione fissa al suolo sorsero laboratori montani in alta quota: a Pic du Midi a 2860 m nei Pirenei, alla Testa Grigia, vicino a Cervinia, a 3.500m ( lo vediamo qui a fianco in una foto del 1957), al lago Echi nel Colorado a 3.240m e molti altri. Possiamo leggere cosa significasse lavorare in questi laboratori direttamente dalle parole di chi vi ha lavorato: http://matematica-old.unibocconi.it/battimelli/montagna2.htm

Analizzando gli effetti delle interazioni dei raggi cosmici in alta i fisici scoprirono una sorprendente varietà di particelle "elementari" prima sconosciute, dalla vita molto breve. Il problema dunque di trovare una sistemazione a tali particelle nella struttura della fisica divenne uno dei più pressanti problemi dell'epoca.

Nel frattempo lo studio delle interazione tra particelle si sta spostando negli acceleratori di particelle: grandi macchine dove le interazioni tra particelle possono essere studiate con sorgenti più controllate e molto più intense. Negli acceleratori alle particelle viene fornita energia cinetica e poi vengono fatte scontrare: negli urti l'energia cinetica si converte in massa producendo le nuove particelle di cui in questi anni si cerca di comprendere la natura.

Nel 1964 Murray Gell-Mann e Zweig propongono l'idea che in realtà molte di queste particelle non siano elementari ma che esistano dei mattoni ancor più fondamentali : i quark.

Nasce così il modello standard che andrà ricomponendo tappa dopo tappa tutti i pezzi del puzzle fino alla scoperta del bosone di Higgs del 2012.

Oggi sappiamo che le particelle elementari sono 6 leptoni ( elettrone, muone, e tauone con i tre rispettivi neutrini) e 6 quarks. I quarks legandosi danno origine alla maggior parte delle particelle che troviamo nei raggi cosmici in alta quota. Oggi sappiamo che i protoni per esempio non sono particelle elementari ma sono formati tra tre quarks ( 2 up e 1 down) e lo stesso vale per il neutrone.

Ma qui inizia un capitolo completamente nuovo della fisica, quello delle particelle elementari, che come abbiamo ormai capito è nato proprio dalla fisica dei raggi cosmici.