Sul Protone: Altro che 3 Quark!

[Gaetano M.]

Ho pensato di postarlo in questa sezione perché il protone è il principale costituente del Cosmo insieme all'Elettrone: https://www.quantamagazine.org/inside-the-proton-the-most-complicated-thing-imaginable-20221019/?fbclid=IwAR0e4KSgFg5gRF3y5o7tq3hdsiPL7NPZUO-6__7OYWDWNQudKOFtN9_faeU

[Red Hanuman]

Interessante. A quanto pare, più le energie sono alte e maggiormente la realtà appare sfumata in un caos di particelle che appaiono dal nulla.
Heisenberg è sempre in agguato col suo ditino...:biggrin:

[Morimondo]

Come si fa a bombardare un protrone?
Leggo su wikipedia che si bombarda una lastra di metallo pesante, quindi presumo che di un fascio di elettroni alcuni intercettino nuclei di atomi composti da molti protroni e neutroni.
Ci saranno un bel mucchio di scontri e forse elettroni su diversi protroni e neutroni dello stesso atomo, quindi ne deve uscire un gran casino come si fa a riferire il tutto a un singolo protrone?

[Red Hanuman]

Infatti, non lo si riferisce ad un singolo protone. Di solito, si spara un fascio di particelle molto collimato su un bersaglio piccolo, e si studiano statisticamente le collisioni in termini di prodotti e traiettorie.

[Morimondo]

Approfitto del post anche se la mia domanda è poco attinente.
Il protone è, o forse dovrei dire era, formato da 3 quarks e viene sempre raffigurato come una sfera ma, può assumere diverse forme da allungata a addirittura a ciambella e naturalmete sferica.
Mi chiedo come sia possibile assumere queste forme così diverse a meno che i tre quarks non si compenetrino in qualche modo tra loro.

[Red Hanuman]

Il punto è che i tre quarks rappresentano una parte minima del protone. La parte del leone la fa l'energia dell'interazione forte che li tiene uniti.
Di fatto, i tre quarks sono la parte più piccola della massa del protone (o, che è lo stesso, della sua energia), e l'interno del protone ribolle di particelle virtuali.
In una configurazione come questa, è normale pensare che la forma del protone dipenda più dalle interazioni tra le varie particelle (e dai limiti determinati da queste interazioni) che non dalle varie particelle presenti.

[mario26c]

Approfitto del post anche se la mia domanda è poco attinente.
Il protone è, o forse dovrei dire era, formato da 3 quarks e viene sempre raffigurato come una sfera ma, può assumere diverse forme da allungata a addirittura a ciambella e naturalmete sferica.
Mi chiedo come sia possibile assumere queste forme così diverse a meno che i tre quarks non si compenetrino in qualche modo tra loro.

Ciao! Quando si parla di particelle purtroppo parlare di forma non ha troppo senso. In meccanica quantistica classica le particelle vengono descritte da una funzione d'onda che descrive la probabilità di trovare quella determinata particella in una certa posizione dello spazio. Diciamo che quando le particelle vengono rappresentate come sfere tipicamente o si sta semplificando o semplicemente si indica la zona di spazio in cui c'è una certa probabilità di trovare quella particella. Pensa ad esempio agli elettroni intorno ai nuclei degli atomi, il modo più corretto di descriverli è sotto forma di orbitali, che possono avere varie forme in base alla loro energia (e che descrivono le zone con maggiore probabilità di rivelare la presenza di un elettrone quando si fa una misura). La questione della forma delle particelle diventa ancora più complessa quando si introduce il concetto di campo... Diciamo che la questione dell'impenetrabilità, della forma o dimensione di una particella non è un concetto così immediato. Ci può stare quindi che alcune cose risultino "strane", a maggior ragione se si parla di particelle interagenti.
Spero di essere stato chiaro, buona serara :)

[mario26c]

P. S.
Ovviamente mi riferivo alle particelle elementari (come i quark di cui è composto un protone). La questione della "forma" del protone di conseguenza risente degli stessi problemi che si incontrano nel definire la forma delle particelle di cui è costituito.

[Gaetano M.]

@Red Hanuman (https://www.astronomia.com/forum/member.php?u=9) Una curiosità (spero non troppo stupida): L'antimateria che manca si trova, però, in un sacco di situazioni. Nei protoni, per esempio, queste collassali particelle, ne pioni ecc. Questo non può spiegare in parte l'antimateria che non si trova? Non c'è in proprio ma contribuisce alla materia come la vediamo.

[mario26c]

Ciao, guarda in realtà i protoni e i neutroni sono costituiti da quark, non anti-quark (in particolare il protone da 2 quark up e un quark down mentre il neutrone da 1 quark up e 2 quark down). Poi abbiamo gli elettroni (che sono anche loro particelle, non antiparticelle) e di fatto già così hai che tutti gli atomi (principali costituenti della materia barionica dell'Universo) sono costituiti (e costituiscono) la "materia". I fotoni non hanno il corrispettivo anti-fotone....e di fatto la maggior parte della materia visibile nell'Universo (pianeti, stelle, gas, galassie ecc.) la abbiamo elencata. Poi certo gli antineutrini e altre anti-particelle vengono prodotti ad esempio nelle reazioni nucleari all'interno delle stelle e nella nostra atmosfera quando siamo colpiti dai raggi cosmici, ma come puoi ben vedere la maggior parte della materia visibile è fatta da particelle, non anti-particelle. Poi potremmo considerare la materia oscura la cui origine è ancora sconosciuta ma quello è un altro paio di maniche.
Spero di essere stato chiaro :)

[Red Hanuman]

Caro Gaetano M. , dovunque c'è energia e campi in oscillazione si formano particelle di materia e di antimateria. Il problema è che se ne dovrebbero formare in egual misura, col risultato che l'universo finirebbe per essere un campo di battaglia formato da particelle in annichilazione continua ed energia.

Il problema è che così non è, nell'universo prevale la materia. L'antimateria non si può nascondere, perchè comunque prima o poi si troverebbe ad incontrare la materia ed annichilirsi, lasciando tracce ben misurabili.

Dunque il problema rimane: dov'è l'antimateria? Perché è prevalsa la materia?:sneaky:

[Red Hanuman]

I fotoni non hanno il corrispettivo anti-fotone....e di fatto la maggior parte della materia visibile nell'Universo (pianeti, stelle, gas, galassie ecc.) la abbiamo elencata.

In realtà, il fotone è l'anti particella di se stesso. ;)

[mario26c]

In realtà, il fotone è l'anti particella di se stesso. ;)
Si si è corretto, intendevo solo che nel conto delle antiparticelle nell'Universo i fotoni non contribuiscono... non c'è la dualità fotone / anti-fotone, perché di fatto sono la stessa particella. Però si hai ragione, grazie per la precisazione :)

[Gaetano M.]

Dunque il problema rimane: dov'è l'antimateria? Perché è prevalsa la materia?:sneaky:

Completamente d'accordo, naturalmente. Solo un tentativo "fantasioso" di spiegare quest'ultima domanda. Partendo dall'idea di di una difformità a favore della materia durante il B.B.

[Gaetano M.]

Ciao, guarda in realtà i protoni e i neutroni sono costituiti da quark, non anti-quark (in particolare il protone da 2 quark up e un quark down mentre il neutrone da 1 quark up e 2 quark down).:)

Ciao. Io mi riferivo all'articolo che ho postato. D'altra parte i tre quark rappresentano una piccolissima parte del protone ( e del neutrone) .
Ho trovato questo: https://scienzapertutti.infn.it/chiedi-allesperto/tutte-le-risposte/1890-0416-massa-del-protone

[mario26c]

Ciao! Si, è chiaro. Solo che le particelle di antimateria che si vengono a creare nei protoni/neutroni e in generale che si vengono a creare nello spazio "vuoto" sono sempre bilanciate dalla creazione della corrispettiva particella. Solo che queste coppie di particelle/anti-particelle hanno una vita molto breve (tendono ad annichilirsi) e non possono essere misurate, per questo vengono chiamate "particelle virtuali". Questa descrizione semplificata in realtà nasconde una realtà molto più complessa fatta di campi che oscillano e seguono le regole della meccanica quantistica. Il tutto per dire che comunque le anti-particelle virtuali prodotte non possono essere "usate" per spiegare la quantità assente di antimateria nell'Universo.
Questo, ripeto, è quello che riguarda le particelle "virtuali".
Rimane di fondo il problema che in generale per tutte le particelle reali nell'Universo, quindi quelle che vanno a costituire la materia barionica presente nell'Universo, dovrebbero essere state create dopo il Big Bang, le corrispettive anti-particelle in egual misura. Non si parla di fluttuazioni o "ribollire" di particelle, si parla di particelle vere e proprie. Questa simmetria però non è quello che si osserva...
Buona giornata :)

[Morimondo]

Ho pensato di postarlo in questa sezione perché il protone è il principale costituente del Cosmo insieme all'Elettrone: https://www.quantamagazine.org/inside-the-proton-the-most-complicated-thing-imaginable-20221019/?fbclid=IwAR0e4KSgFg5gRF3y5o7tq3hdsiPL7NPZUO-6__7OYWDWNQudKOFtN9_faeU

Mi sono riletto l'articolo, sembra impossibile che il tutto sia composto da una miscela di protoni che compongono i vari elementi che si distinguono tra loro nelle loro diverse qualità. Questa sua difformità, questa reticenza nel rivelarsi, questa sua incredibile ma presunta instabilità che ci costruisce e compone tutto il resto ha, per me qualcosa di magico mi sembra vdi tornare bambino e leggere una fiaba.

Proporrei ai nuovi iscritti oltre che di presentarsi di leggere questo meraviglioso articolo.

Grazie Gaetano M. per avercelo segnalato.

[Albertus]

Ciao! Quando si parla di particelle purtroppo parlare di forma non ha troppo senso.


in realtà la supposta "forma" delle particelle elementari ha costituito il punto di partenza della teoria delle stringhe
le collisioni che si verificano negli acceleratori non sono compatibili con l'ipotesi di particelle puntiformi mentre si possono spiegare , con ragionevole precisione assegnando alle particelle dimensioni spaziali a forma di stringhe aperte o chiuse
la teoria delle stringhe ha perso credibilità tuttavia il problema delle collisioni, a quanto ne so, non è stato ancora spiegato
perchè le particelle elementari schizzano via in questo modo ?
oggetti puntiformi non si comporterebbero sicuramente così

[Morimondo]

il problema delle collisioni, a quanto ne so, non è stato ancora spiegato
perchè le particelle elementari schizzano via in questo modo? oggetti puntiformi non si comporterebbero sicuramente così

Ciao. A me pare il contrario: mi rende difficile pensare in che modo elettroni sparati contro atomi, che non sono puntiformi ma fatti di quark, altre particelle ed energia, possano frantumare in tante particelle un atomo. Colpire solo un quark basta rompere un atomo? Un elettrone potrebbe passare attraverso questa miscela di particelle che è l'atomo senza alterarlo? Se avviene che prova avremmo?

[Albertus]

per quanto mi ricordo l'idea era che entità puntiformi dovrebbero rimbalzare in modo ragionevolmente prevedibile mentre le collisioni tra acceleratori davano luogo a getti in direzioni assolutamente casuali
anche nel modo macroscopico gli urti tra palle di biliardo sono prevedibili se si conoscono velocità e masse iniziali a differenza delle collisioni tra corpi di forma irregolare

[Morimondo]

per quanto mi ricordo l'idea era che entità puntiformi dovrebbero rimbalzare in modo ragionevolmente prevedibile mentre le collisioni tra acceleratori davano luogo a getti in direzioni assolutamente casuali
anche nel modo macroscopico gli urti tra palle di biliardo sono prevedibili se si conoscono velocità e masse iniziali a differenza delle collisioni tra corpi di forma irregolare

Forse ho capito la tua osservazione di prima, ho pensato anch'io a come rimbalzano le palle di biliardo, pensa al gioco del 15: 15 palle di biliardo sono sistemate entro una forma triangolare quindi abbiamo le palle sistemate in file di 5, 4 ,3, 2 e 1 il giocatore che tira per primo, diciamo non un campione, tirando sul mucchio avrà che le 15 palle vanno per i fatti loro, ripeto uno che non sa giocare e che mira nel mucchio a caso.
Se consideriamo le 15 palle come elementi di un nucleo atomico quarks, particelle varie ed energia e l'elettrone che colpisce a caso il nucleo dell'atomo le particelle potrebbero cozzare tra loro e sembrare di uscire a caso.

[Albertus]

per semplicità considera le collisioni tra elettroni
gli elettroni sono particelle semplici non composte
si può definire il parametro quantità di moto anche per gli elettroni ma non puoi pensare di studiare le collisioni tra elettroni applicando il principio di conservazione della quantità di moto come faresti con piccole sferette cariche elettricamente
elettroni e sferette si comportano in modo molto diverso per quanto riguarda le collisioni
nel caso degli elettroni bisogna ricorrere alla QED
secondo la teoria delle stringhe questo dipende dal fatto che gli elettroni non sono entità a simmetria sferica ma anelli vibranti

[Morimondo]

secondo la teoria delle stringhe questo dipende dal fatto che gli elettroni non sono entità a simmetria sferica ma anelli vibranti
Per anello vibrante intendi dire che sono l'orbita stessa?

[Red Hanuman]

No, Albetus intende stringhe (https://it.wikipedia.org/wiki/Stringa_(fisica)) poste in vibrazione. Comunque, limitarsi a pensare alle particelle (elettroni, quark ecc. ) come punti è forviante.
Le particelle sono anche onde in movimento, e le interazioni si complicano.
In più, interagiscono con i campi presenti nello spazio, e con le particelle virtuali.

Insomma, a certi livelli la fisica diventa fuzzy (https://it.wikipedia.org/wiki/Logica_fuzzy)...

[Morimondo]

No, Albetus intende stringhe (https://it.wikipedia.org/wiki/Stringa_(fisica)) poste in vibrazione. Comunque, limitarsi a pensare alle particelle (elettroni, quark ecc. ) come punti è forviante.

Pensavo che ormai la teoria delle stringhe fosse in abbandono.


Le particelle sono anche onde in movimento, e le interazioni si complicano.
In più, interagiscono con i campi presenti nello spazio, e con le particelle virtuali. .
Questo modo di vedere l'atomo mi confonde molto in sostanza sembrerebbe che ci sia oltre alla fisica quantistica una, forse, gravità quantistica, una biochimica quantistica insomma una quotidiana quantistica.

Faccio un esempio: un recettore è una specie di chiave che ha una sua toppa, collegandosi a questa attiva una funzione, in realtà anche più funzioni perchè cellule diverse quindi con diverse funzioni possono avere la stessa toppa. Queste chiavi e toppe sono fatti di proteine e queste di aminoacidi ossia molecole piccole.
Quindi un recettore-chiave fatto di atomi che non hanno una forma stabile e fissa devono andare a infilarsi in recettori-toppe fatte anche loro di proteine e quindi di atomi con forme, ho letto che possono assumere addirittura forme a ciambella, non fisse o stabili.
E' come se per aprire una porta la mia chiave cambiasse il numero e disposizione dei denti e la toppa la disposizione dei cilindri. ogni tre per due.

Immagino che si possa ipotizzare che l'unione chiave e toppa non si debba intendere esattamente come uno stretto contatto fisico atomo contro atomo ma...

Mi chiedo anche se la chiave dell'evoluzione delle specie vegetali e animali possa essere favorita proprio grazie a questa particolarità degli atomi: la molecola del DNA umano contiene intorno 3 miliardi di nucleotidi quindi gli errori devono essere la regola.
Non so se mi sono spiegato bene.


Insomma, a certi livelli la fisica diventa fuzzy (https://it.wikipedia.org/wiki/Logica_fuzzy)...
Grazie non conoscevo il termine ne tantomeno il significato.

[Albertus]

di sicuro la teoria delle stringhe ha perso molto in credibilità ma mi risulta che sia ancora la teoria più citata e discussa in ambiente accademico
rimane comunque il fatto che considerare le particelle come entità puntiformi o meglio con una simmetria sferica (gli elettroni hanno un raggio ;) ) deve esser considerata una semplificazione necessaria per non complicare ulteriormente il modello fisico

[Red Hanuman]

Pensavo che ormai la teoria delle stringhe fosse in abbandono.

Non ancora. ;)


Questo modo di vedere l'atomo mi confonde molto in sostanza sembrerebbe che ci sia oltre alla fisica quantistica una, forse, gravità quantistica, una biochimica quantistica insomma una quotidiana quantistica.

Faccio un esempio: un recettore è una specie di chiave che ha una sua toppa, collegandosi a questa attiva una funzione, in realtà anche più funzioni perchè cellule diverse quindi con diverse funzioni possono avere la stessa toppa. Queste chiavi e toppe sono fatti di proteine e queste di aminoacidi ossia molecole piccole.
Quindi un recettore-chiave fatto di atomi che non hanno una forma stabile e fissa devono andare a infilarsi in recettori-toppe fatte anche loro di proteine e quindi di atomi con forme, ho letto che possono assumere addirittura forme a ciambella, non fisse o stabili.
E' come se per aprire una porta la mia chiave cambiasse il numero e disposizione dei denti e la toppa la disposizione dei cilindri. ogni tre per due.

Immagino che si possa ipotizzare che l'unione chiave e toppa non si debba intendere esattamente come uno stretto contatto fisico atomo contro atomo ma...

Mi chiedo anche se la chiave dell'evoluzione delle specie vegetali e animali possa essere favorita proprio grazie a questa particolarità degli atomi: la molecola del DNA umano contiene intorno 3 miliardi di nucleotidi quindi gli errori devono essere la regola.
Non so se mi sono spiegato bene.

Ti sei spiegato benissimo. Le interazioni tra meccanica quantistica e biologia costituiscono una nuova branca dell biologia, la biologia quantistica (https://it.wikipedia.org/wiki/Biologia_quantistica).
Indovina un po' cosa citano in wiki come esempi...:sneaky:



Grazie non conoscevo il termine ne tantomeno il significato.

;)

[Albertus]

a chi interessa la biologia quantistica consiglierei :

"La fisica della vita-la nuova scienza della biologia quantistica "

E' un libro bellissimo

[Morimondo]

a chi interessa la biologia quantistica consiglierei :

"La fisica della vita-la nuova scienza della biologia quantistica "

E' un libro bellissimo

Quindi esiste sul serio pensavo di fare una battuta, allora come esiste la cucina chimica esisterà anche quella quantistica. Comunque grazie Albertus lo prenderò in considerazione.

[Albertus]

si la biologia quantistica esiste anche se francamente non saprei se stiamo parlando di teorie comprovate o siamo ancora alla pura speculazione
senz'altro si tratta di un settore di ricerca serio .
Anche il grande Roger Penrose, premio Nobel per la fisica ha scritto un libro di biologia quantistica :
" la mente dell'imperatore"
Penrose cerca si risolvere l'eterno dilemma : uomo_macchina vs libero arbitrio

secondo Penrose i comportamenti umani, apparentemente , "liberi" si possono spiegare solo se all'interno del nostro cervello avvengono processi quantistici

il libro però è di difficile lettura, Penrose a mio giudizio è un pessimo divulgatore

[Gaetano M.]

A questo punto ci sta bene consigliare "Natura Incompleta" di Terence W. Deacon, sotto titolo "Come la mente è emersa dalla materia".

[Red Hanuman]

Non solo esiste la biologia quantistica, ma anche la chimica quantistica relativistica (https://it.wikipedia.org/wiki/Chimica_quantistica_relativistica). :biggrin:

[Morimondo]

Non solo esiste la biologia quantistica, ma anche la chimica quantistica relativistica (https://it.wikipedia.org/wiki/Chimica_quantistica_relativistica). :biggrin:

Mahh incollo qui...
La chimica quantistica relativistica è una branca della chimica quantistica che applica la meccanica quantistica relativistica, e in particolare l'equazione di Dirac o una sua approssimazione matematica (per esempio l'equazione di Pauli), alla dinamica elettronica, al legame chimico e alle proprietà magnetiche, specialmente nell'ambito degli elementi più pesanti della tavola periodica.
Molte delle differenze chimiche e fisiche tra gli elementi del sesto periodo e quelli del quinto derivano da maggiori effetti relativistici rispetto a quelli esistenti tra gli elementi dei periodi precedenti. Questi effetti relativistici sono particolarmente grandi per l'oro e i suoi vicini platino e mercurio.
...è questo é tutto.

[Red Hanuman]

Beh, non ne sottovaluterei l'importanza. Per esempio, 10 dei 12 V prodotti dalle batterie al Piombo dipendono da effetti relativistici, come anche il colore dell'Oro.
Gli effetti relativistici si manifestano maggiormente negli orbitali elettronici più lontani dai nuclei più grandi (5d - 6s).;)

[Morimondo]

Beh, non ne sottovaluterei l'importanza. Per esempio, 10 dei 12 V prodotti dalle batterie al Piombo dipendono da effetti relativistici, come anche il colore dell'Oro.
Gli effetti relativistici si manifestano maggiormente negli orbitali elettronici più lontani dai nuclei più grandi (5d - 6s).;)

Grazie!
Sono completamente a digiuno sull'argomento.
Ho sempre letto degli sforzi che i fisici fanno per unificare la gravità e la teoria quantistica, pensavo che il microcosmo fosse solo terreno quantistico.
Alcuni chef, sicuramente francesi e probabilmente seguaci della cucina chimica usano l'oro in foglia, spesso 1/50.000° di millimetro per cucinare pietanze, a questo punto la mia battuta qualche post più sopra non è stata tale quindi esiste veramente una cucina chimico-quantistica e pure relativistica se si usa l'oro, gli chef francesi hanno battuto i fisici.:biggrin::biggrin::biggrin:

[Albertus]

secondo la teoria delle stringhe gli elettroni non sono entità a simmetria sferica ma anelli vibranti

leggo su "Scienze" di questo mese che è stato misurato di nuovo il momento di dipolo elettrico dell'elettrone con una precisione doppia rispetto all'ultima misurazione
il momento elettrico è risultato ancora nullo quindi l'elettrone dovrebbe avere una simmetria sferica in accordo al modello standard
un altro duro colpo alla teoria delle stringhe
in passato era stata misurata la costante di gravitazione universale a distanze molecolari
secondo la teoria delle stringhe G sarebbe dovuta diminuire a causa delle dimensioni nascoste ma non si misurò alcuna variazione

[Gaetano M.]

L'ordine di grandezza delle Stringhe è {10}^{ -35}, l'ordine di grandezza dell'elettrone è {10}^{-15}. Mi sembra difficile arrivare a dire quello che dici.

[Albertus]

il momento di dipolo elettrico dovrebbe essere in ogni caso diverso da zero, se la forma dell'elettrone non fosse simmetrica

[Gaetano M.]

Se fosse come dici che bisogno c'era di fare una misurazione con precisione doppia.

[Albertus]

Se fosse come dici che bisogno c'era di fare una misurazione con precisione doppia.


perchè il momento di dipolo elettrico generato da entità con carica elettrica ma non sferiche deve essere diverso da zero ma potrebbe essere debolissimo
però fino a oggi è sempre risultato nullo anche usando strumentazioni le più sofisticate e precise
quest'ultimo test non è sufficiente a confutare la teoria delle stringhe ma sicuramente è un duro colpo