Aracne: Il nucleare

Lo studio delle particelle subatomiche dalla seconda metà del 1900 a oggi ha permesso di capire quali siano i costituenti elementari della materia e di cercare di spiegare come, partendo da un istante iniziale si sia formato l'Universo che osserviamo oggi. Questi risultati si sono ottenuti con esperimenti di incredibile complessità ispirati da intuizioni teoriche che hanno profondamente accresciuto la conoscenza delle leggi di natura. Ciò che risulta da questi studi è un Universo incredibilmente ordinato pur nella sua straordinaria complessità, retto da leggi immutabili che sembrano le più adatte a permettere la nostra stessa esistenza.

In seguito alla scoperta del nucleo, avvenuta agli albori del secolo scorso, ha avuto inizio la ricerca dei costituenti fondamentali della materia che ci circonda e si è giunti a costruire un quadro coerente, con i quark come punto di arrivo ma anche come sbocco verso importanti sviluppi successivi. Si è trattato di un viaggio affascinante, puntellato da risultati sperimentali inaspettati, concetti innovativi e tentativi, a volte anche disperati, di affrontare i vari problemi dei fisici.

Il volume fornisce allo studente di fisica o d'ingegneria gli strumenti necessari per comprendere il fenomeno e i meccanismi fisici che sono alla base della radioattività. Partendo da un'introduzione storica, in merito agli eventi che dalla fine del XIX secolo hanno permesso di costruire una teoria che spiega il fenomeno del decadimento radioattivo, l'opera analizza i vari tipi di decadimento in modo tale da non richiedere particolari competenze, se non la conoscenza di concetti base di meccanica quantistica. Infine, è esaminata l'applicazione dei radioisotopi con particolare attenzione al campo medico.

Il libro accompagna il lettore in un viaggio nell'infinitamente piccolo: dagli atomi indivisibili proposti nella Grecia classica di Leucippo, Democrito e Aristotele a quelli che, secondo il Modello standard, si ritengono oggi i mattoni del mondo, e cioè l'elettrone e il quark, autentico padrone della materia, generata durante il Big Bang dalla "particella di Dio", il bosone di Higgs. Le eccezionali storie dei fisici protagonisti della conoscenza si intrecciano con quelle delle particelle e dell'energia nucleare, dalle bombe di Hiroshima e Nagasaki, alle centrali e alla medicina. Il libro non contiene formule, gli argomenti più tecnici sono raccolti in schede. Pertanto è particolarmente utile come materiale di aggiornamento per i docenti e come strumento di educazione scientifica e storica per gli studenti.

Il calore proveniente dalle viscere della terra ed emanato dal sole ha stimolato diversi interrogativi tra i dotti e i meno dotti, fin dall'antichità. Con la termodinamica dell'Ottocento, i fisici sono stati in grado di inquadrare matematicamente i problemi, scontrandosi con i dati empirici di naturalisti e biologi, in particolare sul problema dell'età della terra, dando luogo a una disputa che ha fatto epoca nella storia della scienza. Lo sviluppo della fisica dell'infinitamente piccolo e il progresso della tecnologia dei rivelatori di particelle hanno permesso la cattura dei neutrini solari e terrestri, rendendo possibile la comprensione della straordinaria potenza del sole e tracciando la strada per rivelare i misteri dell'interno della terra.

La radiodatazione è un processo che consente di determinare l'età di reperti archeologi e geologici mediante lo studio degli elementi radioattivi in essi presenti. In particolare, nel caso di reperti di natura biologica la datazione viene effettuata mediante lo studio del 14C. Il testo descrive la complessità delle tecniche e delle metodologie utilizzate e discute l'attendibilità dei risultati. L'efficacia e i limiti del metodo sono illustrati mediante la discussione di alcuni esempi di datazione che hanno avuto rilievo non solo su riviste specializzate ma anche sui quotidiani. La radiodatazione con 14C è di particolare interesse in ambito storico in quanto può contribuire a determinare la sequenza di particolari eventi.

Il volume presenta le tappe fondamentali dello sviluppo delle conoscenze riguardo la struttura della materia. Nei primi tre capitoli vengono trattati l'atomismo filosofico, quello scientifico e il crollo della fisica classica. I successivi tre capitoli trattano la struttura dell'atomo, cenni di meccanica quantistica e il nucleo atomico. Il capitolo 7 descrive alcune delle più importanti applicazioni della radioattività nel settore della sicurezza e nell'ambito della medicina nucleare, dell'industria e dell'agricoltura, dei beni culturali per l'archeologia e la datazione. I capitoli 8 e 9 trattano l'antimateria, le particelle elementari e le forze fondamentali. Il capitolo 10 si concentra sulla materia e l'energia oscura, la cui natura è ancora sconosciuta e che insieme rappresentano circa il 95% del contenuto totale del cosmo. La loro introduzione è stata resa necessaria dallo studio del moto delle galassie e dalla recente scoperta dell'espansione accelerata dell'universo. I vari argomenti sono esposti con un linguaggio semplice, che richiede una conoscenza elementare a livello di scuola media superiore sia della matematica che della fisica.

Alla fine del XIX secolo e nel corso del XX secolo una serie di straordinari esperimenti e nuovi e fondamentali sviluppi teorici hanno permesso di scoprire che la materia è costituita da minuscole entità o particelle, le cui proprietà ed interazioni si possono spiegare solo con leggi radicalmente diverse da quelle che permettono di spiegare il comportamento dei corpi macroscopici. La storia di queste scoperte è affascinante e ha cambiato radicalmente la nostra percezione della natura. In questo testo sono presentate le prime fra queste, risalenti al periodo compreso tra la fine del XIX e la metà del XX secolo, che hanno portato a identificare le particelle che costituiscono la materia con cui abbiamo a che fare nella nostra vita quotidiana. Le stesse rappresentano anche i principali costituenti delle stelle e le radiazioni, sia di origine terrestre che extraterrestre, che ci bombardano costantemente provenendo dallo spazio.