BREVE RACCONTO DI FISICA QUANTISTICA

1. BREVE RACCONTO SULLA FISICA QUANTISTICA
Prof. Umberto Piacquadio

2. STORIA ATOMICA
1500 – 500 A.C. INDIA
1) LE PARTICELLE DELLA MATERIA SONO COMPOSTE DA
“FUOCO – TERRA – ARIA – ACQUA”
2) TUTTO CIO’ CHE NON E’ MATERIA SI CHIAMA
“ETERE”
460-370 A.C. GRECIA
TEORIA ATOMISTICA DI DEMOCRITO, PLATONE
1) L’ATOMO E’ LA PARTICELLA INDIVISIBILE
2) IL VUOTO E’ IL LUOGO DOVE SI UNISCONO GLI ATOMI
IN UN CONCETTO DI ETERNITA’ (NASCITA – MORTE – RINASCITA)
384-322 A.C. GRECIA
TEORIA DI ARISTOTELE
1) LA MATERIA E’ DIVISIBILE ALL’INFINITO (QUINDI NON ESISTE L’ATOMO)
2) IL TUTTO E’ CONTROLLATO DA UN ENTE DIVINO CREATORE

3. 400-1400 MEDIOEVO
PERIODO BUIO DELLA FILOSOFIA ATOMISTICA CON SVILUPPO DELL’ALCHIMIA
1807 J. DALTON
SCOMPONENDO L’ACQUA DI H E O NÉ ANALIZZO LE PROPORZIONI,
COMPRENDENDO L’IMPORTANZA DEI PESI ATOMICI PER LA TEORIA CHIMICA

4. 1823 A. AVOGADRO
VOLUMI UGUALI DI GAS ALLA STESSA TEMPERATURA CONTENGONO LO STESSO NUMERO DI MOLECOLE/ATOMI
QUINDI PESANDO VOLUMI DI GAS DIVERSI SI POSSONO RICAVARE LE PROPORZIONI DELLE MASSE ATOMICHE
1780-1830 COULOMB – FARADAY- MAXWELL
1) FONDATORE DELLA TEORIA MATEMATICA DELL'ELETTRICITÀ E DEL MAGNETISMO (CHARLES AUGUSTIN DE COULOMB)
2) CORRELAZIONE MASSA E QUANTITÀ DI CARICA ELETTRICA (MICHAEL FARADAY)
UNIFICAZIONE DELLA TEORIA ELETTROMAGNETICA (JAMES CLERK MAXWELL)

5. 1867 D.I.MENDELEEV
DISPOSIZIONE GLI ELEMENTI CHIMICI IN ORDINE DI PESO ATOMICO CRESCENTE ED IN PERIODI

6. FIN QUI ABBIAMO SOLO
TEORIE ELABORATE SENZA LA CONOSCENZA DEI MECCANISMI
DI NASCITA DELLA CARICA ELETTRICA (ELETTRONE)

7. 1897J.J.THOMPSON
1) LE FLUORESCENZE DI RAGGI CATODICI SOTTOPOSTI AD UN CAMPO ELETTRICO O MAGNETICO VENIVANO DEVIATI
2) DEDUCENDO CHE I RAGGI CATODICI ERANO COSTITUITI DA PARTICELLE CARICHE NEGATIVAMENTE (-)
3) ATTRAVERSO LA DEVIAZIONE MISURÒ IL RAPPORTO CARICA/MASSA (q/m)
LE PICCOLE PARTICELLE CARICHE NEGATIVAMENTE VENNERO CHIAMATE “ELETTRONI”

8. ATOMO DI THOMSON (PREMIO NOBEL 1906)
MODELLO DELL’ATOMO A PANETTONE
CON CARICA TOTALE NEUTRA

9. MODELLO ATOMICO DI RUTHERFORD
MODELLO ATOMICO PLANETARIO
ESEGUI’ UN ESPERIMENTO SPARANDO PARTICELLE ALFA (+) (NUCLEO DI ELIO)
SU LAMELLE IN ORO, OSSERVANDO
UNA DEVIAZIONE SOLO NELL’1% DEI CASI,
MENTRE PER IL 99% LE PARTICELLE ALFA PROSEGUIVANO INDISTURBATE
DEDUCENDO UNA COCENTRAZIONE DI MASSA POSITIVA AL CENTRO
E UNA MASSA NEGATIVA ORBITANTE

10. PROBLEMA !!!!
UNA PARTICELLA CARICA ACCELERATA EMETTE ENERGIA SOTTO FORMA DI RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA,
PERDENDO ENERGIA.
GLI ELETTRONI CHE RUOTANO ATTORNO AL NUCLEO CENTRALE PERDEREBBERO ENERGIA FINO AD ANNICHILIRE,
OSSIA A COLLASSARE SUL NUCLEO.

11. MODELLO ATOMICO NIELS BOHR
RISOLSE IL PROBLEMA DELLA CAUTA DELL’ELETTRONE SUL NUCLEO
ENERGIA ED ORBITE QUANTIZZATE (VALORI DISCRETI E NON CONTINUI)
QUINDI L’ELETTRONE OCCUPA UNA ORBITA QUANTIZZATA AD UNA STABILITA ENERGIA QUANTIZZATA
L’ELETTRONE PUO’ CAMBIARE ORBITA MA E’ NECESSARIO UNA CESSIONE O IMMISSIONE DI ENERGIA
SE L’ENERGIA IMMESSA È ECCESSIVAMENTE ALTA
È POSSIBILE CHE L’ELETTRONE VENGA STRAPPATO DALL’ORBITALE E L’ATOMO DIVENTA IONIZZATO
In accordo con la relazione di Plank
n = frequenza radiazione elettromagnetica = c/l
h = costante di Plank
E= Energia

12. MODELLO ATOMICO DI BOHR PERFEZIONATO
RIFLETTIAMO PRIMA DI TUTTO SULLE DIMENSIONI DELL’ATOMO
SE IL NUCLEO FOSSE GRANDE COME UN’ARANCIA ALLORA
L’ELETTRONE SAREBBE GRANDE COME UN GRANELLO DI SABBIA E
IL RAGGIO DELL’ATOMO PARI AD 1,00 KM

13. IL MODELLO ATOMICO DI BOHR PERFEZIONATO PREVEDE:
1) QUANTIZZAZIONE DELLA FORMA DEGLI ORBITALI
2) QUANTIZZAZIONE DELL’ORIENTAZIONE DEGLI ORBITALI
3) QUANTIZZAZIONE DEL MOMENTO ANGOLARE / ROTAZIONE / SPIN
RESPONSABILE DELLA STABILITA’ DELLA MATERIA,
ATTRAVERSO IL PRINCIPIO DI ESCLUSIONE DEL PAULI:
2 ELETTRONI POSSONO OCCUPARE LO STESSO
ORBITALE (LIVELLO ENERGETICO) SOLO SE DI SPIN OPPOSTO
Quindi la materia (atomi e molecole) non si possono
intrecciare arbitrariamente uno nell’altro

14. L’ORBITALE E’ RAPPRESENTATO DA UNA NUVOLA DI PROBABILITA’
ATTRAVERSO UNA DANZA ELETTRONICA DEGLI ORBITALI QUANTISTICI
DELL’ELETTRONE NON E’ POSSIBILE CONOSCERE POSZIONE E VELOCITA’ CONTEMPORANEAMENTE,
SE NON NEI LIMITI DEL PRINCIPIO DI INDETERMINAZIONE DI HEISENBERG
LA POSIZIONE DELL’ELETTRONE È DATA DA UNA FUNZIONE D’ONDA
Y(x,t) AMPIEZZA DI PROBABILITÀ
|Y(x,t)|2
DENSITA’ DI PROBABILITÀ
FISICA CLASSICA = BASATO SULLA CAUSALITA’
FISICA QUANTISTICA = BASATO SULLA CASUALITA’
Dx= posizione
Dp= quantità di moto (quindi velocità)
h tagliato = costante di Dirac o costante di Plank ridotta = h / 2p

15. PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE
UN ELETTRONE ESISTE IN OGNI LUOGO
IN SOVRAPPOSIZIONE DI STATI
FINO A CHE NON SI ESEGUE L’OSSERVAZIONE E LO STATO DIVENTA CERTO
(COLLASSO DELLA FUNZIONE D’ONDA Y(x,t))
1) ESPERIMENTO MENTALE “GATTO DI SCHRODINGER“
SI PONE IN UNA SCATOLA CHIUSA UN GATTO ABBINATO AD UN DIABOLICO SISTEMA CHE PER DECADIMENTO DI UNA SOSTANZA
RADIOATTIVA AZIONA UN MARTELLETTO CHE ROMPE UNA FIALA DI CIANURO
IL GATTO E’ VIVO O MORTO?
IL GATTO SI TROVA NELLO STATO SOVRAPPOSTO DI VIVO-MORTO
SOLO DOPO AVER APERTO LA SCATOLA, LO STATO DIVENTA CERTO
(IN TERMINI QUANTISTICI: DOPO AVER ESEGUITO LA MISURA, SI HA IL COLLASSO DELLA FUNZIONE D’ONDA)

16. 2) ESPERIMENTO DOPPIA FENDITURA
SPARANDO ELETTRONI (ANCHE SINGOLI) SU UNA LASTRA CON 2 FENDITURE SI CREANO FIGURE DI INTERFERENZA CON MODALITA’
COMPLETAMENTE DIVERSE DA CIO’ CHE ACCADE CON PALLINE DA TENNIS,
MA CON MODALITA’ SIMILI A CIO’ CHE CCADE CON LE ONDE E LA LUCE
E COME SE L’ELETTRONE PASSA
CONTEMPORANEAMENTE
DALLA FESSURA DI DESTRA E DI SINISTRA
SE SI CHIUDE UNA FESSURA O SI CERCA DI
RILEVARE DA DOVE PASSA L’ELETTRONE
L’EFFETTO DI INTERFERENZA SPARISCE E
GLI ELETTRONI
SI CONCENTRANO RISPETTIVAMENTE IN
DIREZIONE DELLE FESSURE
DA QUESTO ESPERIMENTO EMERGE ANCHE IL PRINCIPIO DI
DUALITA’ ONDA-PARTICELLA

17. ENTANGLEMENT QUANTISTICO
(INTRECCIO-CORRELAZIONE)
GLI STATI QUANTISTICI DI DUE PARTICELLE MICROSCOPICHE A E B INIZIALMENTE CORRELATI
RISULTANO TRA LORO LEGATI (APPUNTO “INTRECCIATI”)
ANCHE QUANDO LE DUE PARTICELLE VENGONO POSTE A GRANDE DISTANZA
LA MODIFICA CHE SI ESEGUE ALLO STATO QUANTISTICO DELLA PARTICELLA “A” (AD ES. LO SPIN)
ISTANTANEAMENTE HA UN EFFETTO SULLO STATO QUANTISTICO DELLA PARTICELLA “B”
DETERMINANDO IL FENOMENO DELLA COSIDDETTA “AZIONE FANTASMA A DISTANZA ISTANTANEA”
DEFINITO ANCHE PRINCIPIO DI NON LOCALITA’
QUESTO PRINCIPIO METTE IN CRISI IL LIMITE DEL TRASFERIMENTO DELLE INFORMAZIONI ALLA
VELOCITA’ DELLA LUCE DETTATO DALLA TEORIA DELLA RELATIVITA’ DI EINSTEIN
TALE CONCETTO E’ FONDAMENTALE NEGLI STUDI
DEI COMPUTER QUANTISTICI
Qbit = (0) (1) (0-1)
E
DEL TELETRASPORTO

18. PER COMPRENDERE IL CONCETTO DI ENTANGLEMENT
IMMAGINIAMO UNA MONETA CON DUE TELECAMERE POSTE AD OSSERVARE LE RISPETTIVE FACCE
FACCIAMO RUOTARE LA MONETA
LA CAMERA 2 OSSERVERA’ CHE A SEGUITO DELLA VARIAZIONE DELLA FACCIA OSSERVATA DALLA CAMERA 1
ISTANTANEAMENTE VARIERA’ ANCHE LA FACCIA OSSERVATA DALLA CAMERA 2
1 2

19. IL NUCLEO
INIZIALMENTE SI PENSAVA CHE IL NUCLEO FOSSE COSTITUITO
SOLO DA MASSA CARICA POSITIVAMENTE
MA I CALCOLI NON TORNAVANO CON IL PESO ATOMICO TEORICO CHE RISULTAVA < DEL PESO EFFETTIVO
LA SCOPERTA DEL NEUTRONE (NEL 1932) RISOLSE IL PROBLEMA
IL NUCLEO SI COMPONE DI PROTONI (CARICA +) E NEUTRONI (CARICA NEUTRA)

20. IDROGENO (H) = 1 PROTONE (+) ELIO (He) = 2 PROTONI (+) + 2 NEUTRONI CARBONIO (C) = 6 PROTONI (+) + 6 NEUTRONI
1 ELETTRONE (-) 2 ELETTRONI (-) 6 ELETTRONI (-)
NUMERO NEUTRONI + NUMERO PROTONI = nn + np = NUMERO DI MASSA ATOMICA
NUMERO NEUTRONI = NUMERO PROTONI = ne = np = NUMERO ATOMICO
UNO STESSO ELEMENTO PUO’ AVERE STESSO NUMERO ATOMICO MA DIFFERENTE NUMERO DI MASSA ATOMICA
OSSIA PUO’ AVERE UN NUMERO DIFFERENTE DI NEUTRONI
DETTI ELEMENTI SI CHIAMANO
ISOTOPI
GLI ISOTOPI SONO ALLA BASE DELLO STUDIO DELLA RADIOATTIVITA’

21. ISOTOPI DELL’IDROGENO (H)
IDROGENO COMUNE DEUTERIO O TRIZIO (2N)
(SENZA NEUTRONI) IDROGENO PESANTE (1N)
IL NUMERO DI PROTONI E DI ELETTRONI RESTANO GLI STESSI

22. RADIOATTIVITA’ NATURALE ED ARTIFICIALE
E’ UNA CARATTERISTICA RELATIVA AD ATOMI CON ELEVATO NUMERO ATOMICO
ATTRAVERSO IL DECADIMENTO DI NUCLEI INSTABILI
SI MANIFESTA ATTRAVERSO 3 TIPI DI RADIAZIONE
PARTICELLE a (NUCLEI DI ELIO 2P+2N) – PARTICELLE b (ELETTRONE e-
)
FOTONI g (RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA AD ELEVATA ENERGIA ED ALTA FREQUENZA E = h n)

23. MISURA IMPORTANTE DEL DECADIMENTO RADIOATTIVO E’ IL
TEMPO DI DIMEZZAMENTO (EMIVITA) = TEMPO AFFINCHE’ META’ DEGLI ATOMI DECADONO IN ALTRO ELEMENTO

24. I TEMPI DI DECADIMENTO E LA TIPOLOGIA DI DECADIENTO VARIA CON IL TIPO DI ELEMENTO E DI ISOTOPO
IL NUMERO POSTO DOPO IL NOME DELL’ELEMENTO INDICA IL NUMERO DI MASSA = nn + np

25. RADIOATTIVITA’ NATURALE
IN NATURA LA MAGGIOR PARTE DEGLI ELEMNTI SONO STABILI O CON TEMPI DI DECADIMENTO LUNGHI
ATOMI LEGGERI (ELIO, IDROGENO, OSSIGENO, ETC..) = SONO STABILI
ATOMI PESANTI (URANIO, RADIO, RADON, ETC) = SONO INSTABILI
LA PRESENZA DI TANTI PROTONI RENDE PREVALENTE LE FORZE REPULSIVE DI NATURA ELETTRICA
RADIOATTIVITA’ ARTIFICIALE
VENGONO BOMBARDATI I NUCLEI CON NEUTRONI O NUCLEONI TALI DA RENDERLI INSTABILI
GLI ELEMENTI CON Natomico > 92 SONO DETTI TRANSURANICI E SONO ARTIFICIALI

26. DECADIMENTO a
NEL PROCESSO DI DECADIMENTO a
UN ELEMENTO DECADE IN UN ALTRO
EMETTENDO PARTICELLE a (NUCLEI DI ELIO)

27. DECADIMENTO b
IN UN NUCLEO INSTABILE
IL NEUTRONE SI TRASFORMA IN
ELETTRONE, PROTONE E ANTI-NEUTRINO
LA GENERAZIONE DI UN PROTONE AUMENTA IL NUMERO ATOMICO FERMO RESTANTE LA
MASSA TOTALE CHE RESTA COSTANTE
L’ANTI-NEUTRINO (ANTIMATERIA)
- NON HA CARICA
- HA UNA MASSA PICCOLISSIMA (1/25.000 me
-
)
- HA SPIN -1/2
- VELOCITA’ PROSSIMA A QUELLA DELLA LUCE

28. DECADIMENTO b inverso
SI VERIFICA ALL’INTERNO DELLE STELLE
QUINDI IN PRESENZA DI ELEVATA ENERGIA
(PROCESSO NON SPONTANEO)
NEL NUCLEO
IL PROTONE SI TRASFORMA IN
POSITRONE, NEUTRONE E NEUTRINO

29. IL POSITRONE
- E’ L’ANTI-ELETTRONE (ANTIMATERIA)
- A CONTATTO CON L’ELETTRONE SI ANNICHILISCE IN 10-9
SEC
IL NEUTRINO
- NON HA CARICA
- HA UNA MASSA PICCOLISSIMA (1/25.000 me
-
)
- HA SPIN +1/2
- VELOCITA’ PROSSIMA A QUELLA DELLA LUCE

30. DECADIMENTO g
IL DECADIMENTO AVVIENE NELL’AMBITO DI
ALTRI PROCESSI DI DECADIMENTO
ATTRAVERSO L’EMISSIONE DI FOTONI (RAGGI g)
PER ANNICHILAZIONE DI e-
E e+
(ELETTRONI E POSITRONI)

31. FISSIONE NUCLEARE
(PROCESSO DI DECADIMENTO RADIOATTIVO)
IL NUCLEO DI UN ELEMENTO CHIMICO PESANTE
DECADE IN FRAMMENTI DI MINORI DIMENSIONI, CON EMISSIONE DI UNA
GRANDE QUANTITÀ DI ENERGIA E RADIOATTIVITÀ.
E’ NECESSARIO AVERE UN MATERIALE (ISOTOPO) FISSILE
FISSILE = CAPACE DI UNA REAZIONE A CATENA – FISSIONABILE = DIVISIBILE MA NO REAZIONE A CATENA
E UNA QUANTITA’ DI MASSA MINIMA (MASSA SUPER-CRITICA)
URANIO 235 (U235
) URANIO 238 (U238
)
ISOTOPO FISSILE ISOTOPO NON FISSILE

32. BOMBARDIAMO CON UN NEUTRONE LENTO (PROIETTILE)
TALE DA LASCIARLO INTRAPPOLATO NEL NUCLEO
CHE DIVENTA INSTABILE E “SI SPEZZA”
BARIO141
1 n + U235
+ 3 n IN TOTALE 141+92+3 = 235 (n+p)
KRYPTON92
LA REAZIONE AVVIENE CON “DIFETTO DI MASSA”
PARTE DELLA MASSA SI E’ TRASFORMATA IN ENERGIA (E=mc2
)

33. I 3 NEUTRONI PRODOTTI SPEZZANO ULTERIORI 3 NUCLEI DI URANIO 235 ….
………. E COSÌ VIA IN UNA REAZIONE A CATENA

34. LA REAZIONE A CATENA (FISSIONE) PUÒ ESSERE
CONTROLLATA
=CENTRALE NUCLEARE
NECESSITA DI URANIO ARRICCHITO DI
U235
PER CIRCA 3.5%
IN NATURA L’URANIO SI TROVA COME
99.2 % U238
e 0.72% U235
INCONTROLLATA
=BOMBA ATOMICA (BOMBA “A”)
NECESSITA DI URANIO ARRICCHITO DI
U235
PER CIRCA 85%
NELLA REAZIONE A CATENA SI GENERANO:
- ISOTOPI INSTABILI (RADIOATTIVI E SOGGETTI
A ULTERIORE DECADIMENTO)
- ELEVATA ENERGIA E RAGGI GAMMA
(CALORE)
- RADIAZIONI NEUTRONICHE (CHE PENETRANO
I CORPI E ALTERANO I NUCLEI)

35. FISSIONE NUCLEARE CONTROLLATA
LA REAZIONE A CATENA VIENE FRENATA (MODERATA)
CON PARTICELLE A BASSO NUMERO ATOMICO
AD ES. ACQUA PESANTE = ACQUA CON ISOTOPO DI IDROGENO “DEUTERIO” (H2
)
LE BARRE DI CONTROLLO (ARGENTO, CADMIO, GRAFITE, ..) ASSORBONO I NEUTRONI ……
RALLENTANDO LA REAZIONE …………………. ANCHE FINO A FERMARE IL REATTORE
PERICOLO !!!!
- SMALTIMENTO SCORIE
- CONTROLLO DELLA
REAZIONE A CATENA NEL
PROCESSO DI FISSIONE

36. FUSIONE NUCLEARE
UNIONE DI DUE NUCLEI A BASSO PESO ATOMICO
H + H = He + Energia (E=mc2
PER DIFETTO DI MASSA)
VANTAGGI FUSIONE
- PRODUCE ENERGIA 10 VOLTE SUPERIORE ALL’ENERGIA DI FISSIONE
- NON PRODUCE SCORIE
PROBLEMI DELLA FUSIONE !!!!
- AVVIENE DA MILLENNI NELLE STELLE MA DIFFICILE DA REPLICARE NEI REATTORI

37. FUSIONE NUCLEARE NEI REATTORI
ALLO STATO ATTUALE NON ESISTONO REATTORI NUCLEARI A FUSIONE OPERATIVI
GLI UNICI IMPIANTI ESISTENTI SONO SPERIMENTALI IN GRADO DI
SOSTENERE LA REAZIONE DI FUSIONE NUCLEARE PER UN TEMPO MOLTO RIDOTTO
LA FUSIONE RICHIEDE TEMPERATURE DI LAVORO ELEVATISSIME
DA NON POTER ESSERE CONTENUTA IN NESSUN MATERIALE
IL PLASMA DI FUSIONE VIENE QUINDI CONFINATO
DA CAMPI MAGNETICI DI INTENSITÀ ELEVATISSIMA
I PRIMI IMPIANTI POTRANNO ESSERE OPERATIVI SOLO INTORNO AL 2050

38. FUSIONE NUCLEARE BOMBA AD IDROGENO (BOMBA H)
IL PROCESSO DI FUSIONE AVVIENE IN MANIERA
INCONTROLLATA CON PRODUZIONE DI
ENERGIA = 2.500 X ENERGIA DI FISSIONE
COME COMBUSTIBILE SI USA
H (IDROGENO) - H2
(DEUTERIO) - H3
(TRIZIO)
PER L’INNESCO SI USA UNA PICCOLA
BOMBA A FISSIONE

39. FUSIONE NUCLEARE NELLE STELLE
I NUCLEI A BASSO PESO ATOMICO SI FONDONO PER DARE LUOGO A NUCLEI CON PESO
ATOMICO SUPERIORE, IN UN PROCESSO ENERGETICAMENTE AUTOSOSTENUTO

40. “SIAMO TUTTI FIGLI DELLE STELLE”
TUTTI GLI ELEMENTI NOTI AD OGGI SONO STATI CREATI DA PROCESSI DI FUSIONE NUCLEARE
NELLE STELLE
ANCHE GLI ATOMI DI CUI L’UOMO NE E’ COSTITUITO
DALLA FUSIONE NUCLEARE NEL SOLE VENGONO EMESSI NEUTRINI
CHE RAGGIUNGONO LA TERRA IN 8 MINUTI

41. E NOI NE SIAMO INVESTITI IN NUMERO PARI A 10 MILIARDI AL SECONDO
DURANTE IL PROCESSO DI FUSIONE NUCLEARE NEL SOLE COME NELLE STELLE IL
COMBUSTIBILE TENDE AD ESAURIRSI
NUCLEI LEGGERI SI FONDONO IN NUCLEI SEMPRE PIU’ PESANTI
FINO AD ARRIVARE AL PUNTO DA NON POTER PIÙ SOSTENERE ENERGETICAMENTE IL
PROCESSO DI FUSIONE
“E SI SPEGNE”

42. IL SOLE NON HA MASSA SUFFICIENTE PER REGGERE
LA FUSIONE DI ELEMENTI PIU’ PESANTI DELL’ELIO (He)
QUANDO IL “COMBUSTIBILE” STA PER ESAURIRSI
LE FORZE DI REPULSIONE NUCLEARI/ELETTROMAGNETICHE
PREVALGONO SULLA GRAVITA’ ED IL SOLE INIZIA AD ESPANDERSI LENTAMENTE
DIVENTANDO UNA GIGANTE ROSSA
NEL CORSO DELL’ESPANSIONE INGLOBERA’
TUTTI I PIANETI DEL SISTEMA SOLARE (TERRA COMPRESA)

43. AD UN CERTO PUNTO IL NUCLEO DEL SOLE
COLLASSERA’ FINO A
DIVENTARE UNA NANA BIANCA
CHE SI SPEGNERA’ LENTAMENTE
FINO A DIVENTARE NANA BRUNA
NIENTE PREOCCUPAZIONI !!!
………….… TUTTO CIO’ ACCADRA’ TRA 5 MILIARDI DI ANNI

44. INVECE PER LE STELLE PIU’ MASSIVE (ALMENO 9 MASSE SOLARI)
LA GRAVITA’ FA CONTRARRE LA STELLA, FA AUMENTARE LA TEMPERATURA E RIESCE A
FONDERE GLI STRATI PIU’ INTERNI (FINO AL FERRO)
ESAURENDOSI IL COMBUSTIBILE ESTERNO …… IL DIAMETRO DIMINUISCE FINO AD IMPLODERE
(PROCESSO DI IMPLOSIONE AVVIENE IN POCHI SECONDI PRODUCENDO UN’ESPLOSIONE CON
UN’ONDA D’URTO A VELOCITA DI CIRCA 30.000 Km/S (10% VEL. LUCE)
TALE PROCESSO CHE DURA ALCUNE SETTIMANE GENERA EMISSIONE DI ENERGIA E RADIAZIONI
ELEVATISSIME
LA STELLA NELL’ULTIMO PERIODO DI VITA, PRIMA DI SPEGNERSI, E’ PIU’
LUMINOSA CHE MAI

45. E PRENDE IL NOME DI SUPERNOVA
IL MATERIALE DI CUI LA STELLA SI COMPONE
SI ESPANDE NELLO SPAZIO CIRCOSTANTE
(SIAMO COMPOSTI DI POLVERE DI STELLE)
LASCIANDO UN NUCLEO DI NEUTRONI (IN MAGGIORANZA)
CHE A SECONDO DELLA MASSA DELLA STELLA
DIVENTA UNA STELLA PULSAR (STELLA DI NEUTRONI), QUASAR (STELLA DI QUARK)
O BUCO NERO (SINGOLARITA’)
PULSAR QUASAR BUCO NERO
(RICOSTRUZIONE GRAFICA)

46. LE PARTICELLE ELEMENTARI
FERMIONI BOSONI
COSTITUENTI LA MATERIA
(I generazione)
PORTATORI DI FORZE
e = ELETTRONE (CARICA q=-1)
ne = NEUTRINO
u = QUARK UP (CARICA q= +2/3)
d = QUARK DOWN (CARICA q= -1/3)
g = FOTONE (PORTATORE FORZA ELETTROMAGNETICA)
g = GLUONE (PORTATORE FORZA NUCLEARE FORTE)
W+
,W -
, Z = BOSONI (PORTATORE FORZA NUCLEARE DEBOLE)
G= GRAVITONE (PORTATORE DELLA FORZA GRAVITAZIONALE)
PER I FERMIONI OLTRE ALLE PARTICELLE ELEMENTARI DI “I GENERAZIONE” ABBIAMO
ANCHE PARTICELLE ELEMENTARI DI “II E III GENERAZIONE” CHE PERÒ ESISTONO
SOLO AD ELEVATE ENRGIE E PER POCHE FRAZIONI DI SECONDO (SI SVILUPPANO
NEGLI ACCELERATORI E NEL COSMO)

47. PER ORA ABBIAMO 12 PARTICELLE FERMIONI (MATERIA) + 4 PORTATORI DI FORZE (BOSONI)
+ 12 ANTI-PARTICELLE (ANTIMATERIA)
= 28 PARTICELLE ELEMENTARI (TRA MATERIA E ANTIMATERIA)

48. L’INTERAZIONE TRA LA MATERIA AVVIENE TRAMITE “BOSONI”
E NON ATTRAVERSO MISTERIOSE INTERAZIONI A DISTANZA
COME PENSAVA COULOMB O NEWTON
INTERAZIONE GRAVITAZIONALE
RAGGIO D’AZIONE= ∞ - CARICA = 0 - MASSA =0
PER MEZZO DEL GRAVITONE (g)
NON ANCORA SCOPERTO SPERIMENTALMENTE MA PREVISTO IN TEORIA
INTERAZIONE ELETTROMAGNETICA
R = ∞ q = 0 m = 0
PER MEZZO DEL FOTONE (g)
INTERAZIONE NUCLEARE DEBOLE
R = PICCOLO q = SI (W+,W-) NO (ZO) m = SI
PER MEZZO DEL BOSONE W+ E W- E DEL BOSONE ZO
INTERAZIONE NUCLEARE FORTE
R = PICCOLO q = 0 m = 0 SPIN=1
PER MEZZO DEL GLUONE

49. I QUARK
I QUARK SI UNISCONO IN TRIPLETTE PER COSTITUIRE PROTONI E NEUTRONI
PER MEZZO DELL’INTERAZIONE NUCLEAE FORTE (GLUONE)
IL PROTONE E’ COMPOSTO DA 2 u + 1 d
LA CARICA ELETTRICA (SAPORE) E’ PARI A
(2*qu = 2* 2/3) + (qd = -1/3) = +1
CHE COINCIDE CON LA CARICA DEL PROTONE
IL NEUTRONE E’ COMPOSTO DA 1 u + 2 d
LA CARICA ELETTRICA (SAPORE) E’ PARI A
(qu = 2/3) + (2*qd = 2* -1/3) = 0
CHE COINCIDE CON LA CARICA DEL NEUTRONE

50. I QUARK HANNO UN’ALTRA CARATTERISTICA: LA CARICA DI COLORE (COLORE E ANTI-COLORE)
E’ USATA CONVENZIONALMENTE PER DESCRIVERE GLI SCAMBI ENERGETICI
RGB (ROSSO – VERDE – BLU)
I GLUONI DIVENTANO ANCHE “PORTATORI DI COLORE”
IN DEFINITIVA UN NEUTRONE O UN PROTONE E’ COSTITUITO DA
QUARK LEGATI DA GLUONI IN UNA DANZA D’ARCOBALENO
(CON I GLUONI CHE SCAMBIANO I COLORI-ANTICOLORI)
MENTRE DALL’ESTERNO APPARE DI COLORE BIANCO
(R+G+B = WHITE)

51. I QUARK IN TOTALE SONO:
6 QUARK FINO ALLA III GENERAZIONE IN 3 COLORI = 18 QUARK IN AGGIUNTA A 18 ANTI-QUARK
(ANTI-COLORE)
MENTRE LE PARTICELLE ELEMENTARI OGGI NOTE SONO:
6 PARTICELLE FERMIONI (ELETTRONE I,II e III GEN., NEUTRINO I, II e III GEN.)
6 PARTICELLE FERMIONI (ANTIMATERIA)
4 PORTATORI DI FORZE (BOSONI)
+ 18 QUARK
+ 18 ANTI-QUARK
TOTALE = 52 PARTICELLE ELEMENTARI (TRA MATERIA E ANTIMATERIA)

52. IL BOSONE DI HIGGS
LA PARTICELLLA DI DIO, SUBITO DOPO IL BIG BANG
IL BOSONE DI HIGGS È UN BOSONE ELEMENTARE
DI TIPO MASSIVO, SCALARE, SENZA CARICA E SENZA SPIN
(LA SUA ANTI-PARTICELLA E’ LA STESSA PARTICELLA)
TEORIZZATO NEL 1964 E RILEVATO PER LA PRIMA VOLTA
NEL 2012 NEGLI ESPERIMENTI CONDOTTI CON L'ACCELERATORE LHC DEL CERN
SECONDO LA TEORIA
SUBITO DOPO IN BIG-BANG (in termini del miliardesimo di secondo)
NON VI ERA ESISTENZA DI MASSA (SPAZIO VUOTO)

53. A SEGUITO DELLA ROTTURA DI SIMMETRIA TRA MATERIA E ANTI-MATERIA
SI CREO’ UN CAMPO DI HIGGS
CHE ISTANTANEAMENTE PERMEO’ TUTTO L’UNIVERSO
RALLENTANDO LE PARTICELLE ELEMENTARI (BOSONI)
CONFERENDO MASSA AI BOSONI VETTORI W e Z ED ALLO STESSO BOSONE DI HIGGS
(AD ESCLUSIONE DEI FOTONI)

54. ACCELERATORI DI PARTICELLE
LE PARTICELLE ELEMENTARI SI POSSONO OSSERVARE
DALL’UNIVERSO, ATTRAVERSO I
RAGGI COSMICI (IMPROPRIAMENTE DETTI “RAGGI”)
INVECE
PER RICERCARLE ARTIFICIALMENTE È NECESSARIO
CREARE VALORI DI ENERGIA ELEVATI
OVVERO ACCELERARLE IN APPOSITI ACCELERATORI DI TIPO CIRCOLARE
(PER AVERE ELEVATE VELOCITÀ E QUINDI ENERGIA)
QUANDO DUE PARTICELLE SI SCONTRANO ACCADE QUALCOSA DI STRANO
2 PERE CHE SI SCONTRANO AD ELEVATE VELOCITA’
DANNO LUOGO AD UNA BANANA+MELA+ARANCIA
+ = + +
PERCHÉ PARTE DELL’ENERGIA SI TRASFORMA IN MATERIA E VICEVERSA (E=MC2
)
LEGGERE I RISULTATI DOPO LO SCONTRO È MOLTO DIFFICOLTOSO
È COME RIMETTERE INSIEME I PEZZI DI UN OGGETTO

55. LANCIATO DA UN GRATTACIELO
IL PIÙ GRANDE ACCELERATORE È LHC (LARGE HADRON COLLIDER)
COSTRUITO ALL'INTERNO DI UN TUNNEL SOTTERRANEO
LUNGO 27 KM A 100 M DI PROFONDITÀ IN MEDIA,
SITUATO AL CONFINE TRA LA FRANCIA E LA SVIZZERA, PRESSO IL CERN DI GINEVRA

56. DI TIPO CIRCOLARE CHE PUÒ ACCELERARE ADRONI (PROTONI E IONI PESANTI)
FINO AL 99,9999991% DELLA VELOCITÀ DELLA LUCE
E FARLI SUCCESSIVAMENTE SCONTRARE, CON UN'ENERGIA
CHE A MAGGIO 2015, HA RAGGIUNTO I 13 TERAELETTRONVOLT,
MOLTO VICINA AL LIMITE TEORICO DELLA MACCHINA DI 14 TEV
LA MACCHINA, IN CONDIZIONI DI VUOTO, ACCELERA DUE FASCI DI PARTICELLE
CHE CIRCOLANO IN DIREZIONI OPPOSTE ATTRAVERSO OLTRE
1.600 MAGNETI SUPERCONDUTTORI CHE REALIZZANO UN CAMPO MAGNETICO DI CIRCA 8 TESLA,
NECESSARIO A MANTENERE IN ORBITA LE PARTICELLE ALL'ENERGIA PREVISTA
LA COLLISIONE DI OSSERVA IN OPPORTUNI DETECTOR (RILEVATORI)

57. LE TRACCE UN TEMPO VENIVANO OSSERVATE IN OPPORTUNE CAMERE A BOLLE
OGGI VENGONO RILEVATE CON SUPERCONDUTTORI E RICOSTRUITE AL COMPUTER

58. MODERNE APPLICAZIONI DI FISICA QUANTISTICA
COMPUTER QUANTISTICI
SI BASA SUL FENOMENO DELLA
SOVRAPPOSIZIONE DEGLI EFFETTI E
DELL'ENTANGLEMENT
UTILIZZANDO IL Qubit CHE PUÒ ASSUMERE 3 VALORI
0 – 1 – 0 e 1 SOVRAPPOSTO
INTELLIGENZA ARTIFICIALE
SI UTILIZZANO COMPUTER QUANTISTICI

59. TELETRASPORTO
SI BASA SULL’EFFETTO DELL’ENTANGLEMENT
QUANTISTICO
QUINDI TRASPORTARE ISTANTANEAMENTE DA UN
LUOGO AD UN ALTRO
-
RICERCA NUOVE PARTICELLE
ELEMENTARI
E NASCITA DELL’UNIVERSO
TRAMITE LO STUDIO DEI RAGGI COSMICI
ED ESPERIMENTI IN ACCELERATORI DI PARTICELLE

60. DISPOSITIVI MEDICI
RADIOGRAFIA
BASATA SULL'INTERAZIONE TRA UN FASCIO
DI FOTONI (RAGGI X) DIRETTI DA UNA SORGENTE A UN
RECETTORE, E LA MATERIA INTERPOSTA (CORPO
BIOLOGICO). GLI ATOMI DI TALE CORPO INTERFERENTE
IMPEDISCONO AL FOTONE DI RAGGIUNGERE IL
RECETTORE, CHE QUINDI RIPRODURRÀ UN'IMMAGINE
FEDELE DEL CORPO "IN NEGATIVO", ESSENDO IMPRESSI
SULLA PELLICOLA I FOTONI CHE INVECE NON VENGONO
ASSORBITI.
RAGGI X
ELEVATA FREQUENZA
PICCOLA LUNGHEZZA D’ONDA
SONO IONIZZANTI
UN VOLO AEREO INTERCONTINENTALE ANDATA E RITORNO DALL’EUROPA
ALL'AMERICA EQUIVALE AD ESEGUIRE 5 RADIOGRAFIE DEL TORACE

61. TAC
(TOMOGRAFIA ASSIALE
COMPUTERIZZATA)
UTILIZZA RAGGI X E CONSENTE DI RIPRODURRE SEZIONI
O STRATI (TOMOGRAFIA) CORPOREI DEL PAZIENTE ED
EFFETTUARE ELABORAZIONI TRIDIMENSIONALI
UNA TAC DEL TORACE EQUIVALE A EFFETTUARE 385 RADIOGRAFIE DEL TORACE

62. PET
(TOMOGRAFIA A EMISSIONE DI POSITRONI)
LA DOSE DI IRRADIAZIONE È UGUALE CIRCA A QUANDO SI ESEGUE UNA TAC
FORNISCE INFORMAZIONI DI TIPO FISIOLOGICO,
A DIFFERENZA DI TC (TOMOGRAFIA COMPUTERIZZATA) E RM (RISONANZA MAGNETICA) CHE
INVECE FORNISCONO INFORMAZIONI DI TIPO MORFOLOGICO
LA PROCEDURA INIZIA CON L'INIEZIONE DI UN RADIOFARMACO FORMATO DA UN RADIO-
ISOTOPO TRACCIANTE CON EMIVITA BREVE, LEGATO CHIMICAMENTE A UNA MOLECOLA ATTIVA
A LIVELLO METABOLICO (VETTORE),
PER VIA DEL LORO BASSO TEMPO DI DIMEZZAMENTO, I RADIOISOTOPI DEVONO ESSERE
PRODOTTI DA UN CICLOTRONE POSIZIONATO IN PROSSIMITÀ DELLO SCANSIONATORE PET

63. IL SOGGETTO VIENE POSIZIONATO NELLO SCANNER.
L'ISOTOPO DI BREVE VITA MEDIA DECADE, EMETTENDO
UN POSITRONE.
DOPO UN PERCORSO CHE PUÒ RAGGIUNGERE AL MASSIMO
POCHI MILLIMETRI,
IL POSITRONE SI ANNICHILA CON UN ELETTRONE, PRODUCENDO
UNA COPPIA DI FOTONI GAMMA EMESSI IN DIREZIONI OPPOSTE
QUESTI FOTONI SONO RILEVATI ATTRAVERSO DEI TUBI
FOTOMOLTIPLICATORI
DALLA MISURAZIONE DELLA POSIZIONE IN CUI I FOTONI
COLPISCONO IL RILEVATORE, SI PUÒ RICOSTRUIRE L'IPOTETICA
POSIZIONE DEL CORPO DA CUI SONO STATI EMESSI

64. RMN
(RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE)
VIENE MISURATA LA PRECESSIONE DELLO SPIN DI PROTONI O DI ALTRI NUCLEI DOTATI
DI MOMENTO MAGNETICO, SOTTOPOSTI AD UN CAMPO MAGNETICO
SI LEGGE IL NUCLEO DELL’ATOMO
A DIFFERENZA DELLA RX CHE LEGGE GLI ORBITALI ELETTRONICI
LA RISONANZA MAGNETICA È SICURA E DEL TUTTO INNOCUA PER L'ORGANISMO UMANO PER
L'ASSENZA DI RADIAZIONI IONIZZANTI
A CAUSA DEL CAMPO MAGNETICO GENERATO DALL'APPARECCHIATURA NON POSSONO
SOTTOPORSI ALL'ESAME PERSONE A CUI SONO STATI APPLICATI APPARECCHI METALLICI
INTERNI, COME PACE-MAKER, PROTESI METALLICHE (DENTI, OCCHI, OSSA ECC.)

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