Studio di metodi per l'identificazione delle particelle

Capitolo 1 Introduzione 1.1 Introduzione alle Particelle 1.1.1 Cenni sulla Fisica delle Particelle La Fisica delle Particelle si occupa della ricerca e dello studio dei costituenti ultimi della materia e delle loro interazioni. Nel linguaggio comune il termine particella elementare pu o essere considerato come sinonimo di costituente ultimo della materia. Partendo da questa convinzione, i primi studiosi di questo campo della sica attribuirono il nome di particella elementare anche ad oggetti che non lo sono, ad esempio l’atomo ed il protone [1]. Per questo motivo oggi il termine elementare viene attribuito ad: ogni elemento di materia di cui, al momento attuale, non si conosca una struttura. Dopo la scoperta del neutrone, ad opera del sico James Chadwick nel 1932, si pensava che la materia potesse essere descritta mediante quattro particelle: protone, neutrone, elettrone e fotone. Empiricamente, ed in seguito teoricamente, fu stabilita una relazione tra il valore dello spin, ovvero il momento angolare intrinseco di una particella, e la statistica a cui obbedi- vano le particelle. Questa relazione port o alla prima sostanziale divisione tra le particelle. La necessit a che particelle identiche si trovassero in stati totalmente simmetrici o anti- simmetrici rispetto allo scambio di particelle permise infatti di distinguere due comporta- menti diversi: le particelle di spin semintero, come gli elettroni, obbedivano alla statistica di Fermi-Dirac e furono chiamate fermioni; le particelle di spin intero, come i fotoni, obbedivano invece alla statistica di Bose-Einstein e furono chiamate bosoni [2]. In quegli anni Paul Dirac realizz o una nuova trattazione della meccanica quantistica che teneva conto della teoria della relativit a di Einstein. L’equazione di Dirac prevedeva come soluzioni elettroni con energia negativa; questi stati furono visti come particelle che viaggiavano a ritroso nel tempo e furono chiamati positro- ni. Estendendo questo principio si osserv o che per ogni particella esisteva l’ antiparticella corrispondente, che era identica alla particella sotto ogni aspetto tranne che per il fatto che fosse caratterizzata da numeri quantici opposti. Quando una particella e la sua antiparticella si incontrano, si assiste al fenomeno dell’an- nichilazione in energia pura; questa energia pu o dar vita ad altre particelle. 1