Coelum Astronomia 210 - 2017 - Page 65

Il Modello Standard (MS) è la teoria fisica che racchiude le attuali conoscenze nel campo delle particelle elementari e delle forze che ne regolano le interazioni fondamentali. Tre delle quattro forze conosciute in natura sono parte del modello Modello Standard: le interazioni forte, elettromagnetica e debole (le ultime due unificate nell'interazione elettrodebole).

Le previsioni del Modello Standard sono state in larga parte verificate sperimentalmente con ottima precisione, tuttavia, non comprendendo la forza gravitazionale, per la quale non esiste ad oggi una teoria quantistica coerente e, non essendo compatibile con la relatività generale, non rappresenta una teoria completa delle interazioni fondamentali. Sotto questo profilo perciò il Modello Standard presenta dei limiti. Per questo numerose teorie cercano di estenderlo, rimanendo però coerenti con quanto già codificato.

Il Modello Standard è una teoria di campo quantistica, consistente quindi sia con la meccanica quantistica che con la relatività speciale, in cui ciascuna interazione tra i campi di materia è regolata da un'opportuna simmetria locale (di gauge): l'interazione tra campi di

materia può interpretarsi in termini di scambio di bosoni che, proprio per il loro ruolo, vengono detti bosoni mediatori (o di gauge). I bosoni di gauge del Modello Standard sono i seguenti: il fotone, mediatore dell'interazione elettromagnetica; i bosoni W e Z, che mediano la forza debole; i gluoni, che mediano la forza forte.

A questi si aggiunge il famoso bosone di Higgs, che gioca un ruolo fondamentale

all'interno del Modello standard. È la particella associata al campo di Higgs, che secondo la teoria permea l'universo conferendo la massa alle particelle elementari. Inoltre, la sua esistenza garantisce la consistenza del Modello Standard, che senza di esso porterebbe a un calcolo di probabilità maggiore di uno per alcuni processi fisici.

Le particelle elementari sono poi divise in due gruppi, oltre ai bosoni mediatori delle forze, abbiamo infatti i cosiddetti campi di materia o fermioni (divisi a loro volta in leptoni – che interagiscono solo via interazioni elettrodeboli – e quark). La differenza fondamentale tra fermioni e bosoni è data dal fatto che i fermioni sono particelle con spin semintero (½ per tutti i fermioni del Modello Standard), al contrario dei bosoni, caratterizzati invece da spin intero (spin 1 nel caso specifico di bosoni di gauge).

Una metafora non del tutto corretta da un punto di vista fisico, ma efficace e intuitiva, vede i fermioni come i mattoncini che costituiscono la materia dell'universo e i bosoni come le colle o i cementi che li tengono assieme per costituire la realtà fisica. Una panoramica dei fermioni e dei bosoni (in tutto 6 tipi - o sapori - di quark e 6 di leptoni) è rappresentata nell'immagine sotto.

Modello Standard

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