Le interazioni fra le particelle che costituiscono la materia, come ad esempio la loro attrazione o repulsione reciproca, sono regolate da quattro forze fondamentali. Ecco quali.
Per descrivere i fenomeni fisici gli scienziati si servono di quattro interazioni (o forze) fondamentali: la gravità, la forza elettromagnetica, l’interazione nucleare forte e quella debole. Partiamo proprio da quest’ultima, responsabile di alcuni decadimenti radioattivi e coinvolta nei processi di combustione che fanno brillare le stelle. L’interazione nucleare forte, invece, tiene insieme i quark all’interno di protoni e neutroni, e i protoni e i neutroni stessi all’interno del nucleo. Della gravità abbiamo parlato di recente qui: fa ruotare i pianeti attorno al Sole e ci tiene legati a terra. Tutti gli oggetti e le particelle con massa interagiscono attraverso l’interazione gravitazionale. Quella elettromagnetica, infine, tiene gli elettroni legati al nucleo dell’atomo ed è responsabile dei fenomeni elettrici e magnetici. Ma come ci siamo arrivati?
Come ci siamo arrivati
Tra l’introduzione dei Principia di Newton (1687) e l’arrivo della teoria della relatività (1905) ci furono importanti sviluppi nella comprensione della fisica fondamentale. La più importante riguarda il concetto di campo fisico introdotto da Faraday e Maxwell. I principali cambiamenti riguardavano l’idea che le particelle newtoniane e le forze che agiscono su queste non siano gli unici elementi in gioco. Fu Maxwell a dimostrare che i campi trasportano energia da un luogo all’altro. È da qui che nacque pure il concetto di spazio-tempo per come lo conosciamo.
Tra l’altro nel 1873 Maxwell capì che due forze della natura come quella magnetica e quella elettrica, sono in realtà manifestazioni della stessa interazione. L’elettromagnetismo! Nel complesso, le sue equazioni riuscirono a descrivere in maniera completa tutti i fenomeni elettromagnetici, compresa l’attrazione fra calamite e la propagazione della luce nel cosmo.
Allo stesso modo, nel XX secolo si è capito che l’interazione elettromagnetica e la forza nucleare debole sono due manifestazioni di un’unica interazione, l’elettrodebole. Ad oggi, la teoria che racchiude e descrive meglio la fisica delle particelle è il cosiddetto “modello standard”, anche se uno dei grandi obiettivi della fisica rimane l’unificazione della relatività con la meccanica quantistica, in modo da conoscere la fisica dei buchi neri e spiegare il Big Bang.
Riferimenti:
