I protoni nel nucleo sono tenuti insieme da...

[SnakePlissken]

Salve ragazzi!

Vorrei capire bene (relativamente e per quanto è possibile) come mai i protoni sono tenuti insieme nel nucleo. Ho sempre pensato che fossero mantenuti uniti dalla forza forte, ma a quanto pare ci sono altri fattori: il prof di scienze ha detto che sembra che cambino velocissimamente e costantemente carica, trasformandosi in neutroni e annullando così la forza repulsiva. Queste due spiegazioni si fondono in una sola? Ci sono altri fattori, altre ipotesi?

Grazie

[Zebiwe]

Preso da qui
Il nucleo atomico è in generale costituito da protoni, particelle con carica positiva, e da neutroni che invece sono elettricamente neutri, come si evince dal nome che è stato deciso di attribuire loro. Protoni e neutroni all'interno del nucleo vengono anche chiamati nucleoni. Le cariche elettriche interagiscono tra loro mediante la forza elettrostatica, anche nota come coulombiana: essendo i protoni dotati di carica positiva, tale forza è repulsiva, ovvero tenderebbe a farli allontanare indefinitamente l'uno dall'altro. Questa forza continua a essere presente, cioè, a esercitarsi anche fra protoni all'interno di un nucleo atomico, pertanto è inesatto affermare che "i protoni non risentono della forza di Coulomb all'interno del nucleo".

Al contrario, i protoni all'interno del nucleo risentono eccome della repulsione coulombiana; ciò che però avviene per i nucleoni all'interno del nucleo è che esiste anche una seconda forza, detta interazione forte (della quale ancora non si conosce un'espressione analitica, essendo le sue modalità di esplicazione piuttosto complesse) la quale è responsabile della mutua attrazione di neutroni e protoni tra loro. Ebbene tale forza è indipendente dalla carica dei nucleoni, quindi agisce nello stesso modo per i protoni così come per i neutroni ed è una forza a corto raggio d'azione ovvero una forza che si esplica solo quando i nucleoni si trovano a distanze molto piccole gli uni dagli altri, dell'ordine di poche decine di milionesimi di miliardesimo di metro, ovvero circa 10-14 m, cioè decine di femtometri!

Tale forza è attrattiva a queste distanze ed è di gran lunga più intensa della repulsione elettrostatica fra due cariche protoniche poste alla stessa distanza (da cui il nome di interazione forte); pertanto è responsabile del fatto che i nucleoni si mantengono insieme in un nucleo stabile, nonostante la repulsione mutua di carattere coulombiano dei protoni. È come se l'interazione forte fosse una sorta di collante per i nucleoni all'interno del nucleo atomico.

Un'ulteriore caratteristica di tale forza forte è che diventa repulsiva a distanze più piccole e ciò, insieme alla costanza dell'energia di legame per nucleone, comporta il fenomeno della saturazione delle forze nucleari che si manifesta nel fatto che il nucleo abbia una misura ben definita.

Infatti, contrariamente al raggio atomico (le forze elettrostatiche, responsabili della stabilità atomica, non sono a corto raggio di azione), ciò rende possibile definire bene un raggio nucleare, assimilando un generico nucleo a un volume sferico. La saturazione delle forze nucleari permette inoltre l'analogia dei nuclei con i liquidi, sicché di tale proprietà godono anche le forze chimiche di legame delle molecole in un liquido: uno dei primi modelli del nucleo è stato il modello a goccia di liquido, che rende conto di molti fenomeni squisitamente nucleari quali alcuni aspetti del decadimento beta, il fenomeno della fissione, le leggi del decadimento alfa. A causa del corto range delle forze nucleari esiste quindi una dimensione massima dei nuclei, legata al massimo numero di nucleoni che possono contenere affinché si mantengano stabili, e questo è il motivo per il quale esistono in natura nuclei stabili fino all'uranio 238.

[SnakePlissken]

Grazie Zebiwe

Ma il fatto del repentino cambiamento di carica come si collega?
Voglio dire, la forza forte e questo alternarsi della carica sono due fenomeni che agiscono indipendentemente oppure hanno un preciso fine interdipendente (cioè l'una dipende dall'altro)?

Grazie di nuovo.

[Cfranco]

Originariamente inviato da SnakePlissken
Grazie Zebiwe

Ma il fatto del repentino cambiamento di carica come si collega?
Voglio dire, la forza forte e questo alternarsi della carica sono due fenomeni che agiscono indipendentemente oppure hanno un preciso fine interdipendente (cioè l'una dipende dall'altro)?

Grazie di nuovo.

Non riuscirai mai a capire come funziona finché non consideri la cromodinamica quantistica , fino all' arrivo dei quark la cosiddetta "forza forte" era un grattacapo mica da poco .
Protoni e Neutroni sono infatti costituiti da 3 quark , legati insieme dalla forza forte , quando più nucleoni si trovani insieme i quark ( si dividono in "up" con carica +2/3 e "down" con carica -1/3 ) se ne vanno a spasso liberamente .
Prendiamo un nucleo di elio 4 , nominalmente é costituito da 2 protoni ( due quark up e un down ciascuno ) e 2 neutroni ( 1 up e 2 down ) , quando sono insieme vediamo solo 12 quark mescolati assieme , la separazione tra protoni e neutroni viene a mancare .
La forza forte é una bestia un po' strana , una delle caratteristiche più anti-intuitive é che la forza aumenta al crescere della distanza quindi ogni quark é libero di scorrazzare senza freni finché rimane nel nucleo , ma non riesce ad allontanarsene se non in compagnia di altri due quark ( ossia in forma di protone o neutrone ) .

[lzeppelin]

Esatto la forza nucleare forte, mediata non mi ricordo più da quale quanto... forse il gluone?
Ad ogni modo questa forza è grande ed è quella che si libera con la fissione

[thotgor]

Le interazioni forti all'interno del nucleo , tra neutroni e protoni, sarebbe data da uno scambio continuo tra nucleoni di particelle chiamate mesoni o pioni, con una massa approssimativa che va da 264 volte a 273 volte quella dell'elettrone. Sarebbe proprio questo scambio continuo e l'interazione reciproca tra protoni e protoni, tra neutroni e neutroni e tra neutroni e protoni a mantenere il nucleo compatto.

[SnakePlissken]

Grazie ragazzi!

Ma mi sa che mi devo leggere qualcosa riguardo la cromodinamica quantistica ...sperando di riuscire a reggerla almeno per un po'!! Sarà qualcosa di proprio tosto!

Ciao!!

[Banus]

Originariamente inviato da thotgor
Le interazioni forti all'interno del nucleo , tra neutroni e protoni, sarebbe data da uno scambio continuo tra nucleoni di particelle chiamate mesoni o pioni, con una massa approssimativa che va da 264 volte a 273 volte quella dell'elettrone. Sarebbe proprio questo scambio continuo e l'interazione reciproca tra protoni e protoni, tra neutroni e neutroni e tra neutroni e protoni a mantenere il nucleo compatto.

Più o meno
E' un altro modo per descrivere il residuo di interazione forte fra i quark dei nucleoni. I quark sono tenuti insieme dai gluoni. L'equivalente di carica per la forza forte è il "colore" o "sapore" (da cui il nome). Scambiandosi i gluoni i quark cambiano continuamente "colore". Su scala più grande, nel nucleo atomico, i pioni trasformano continuamente i protoni in neutroni e viceversa. Si può vedere tutto come un'interazione complessa fra i vari quark che compongono i nucleoni all'interno del nucleo atomico. Dovrebbe essere questo il punto di vista della Lattice Quantum Chromodynamics (LQCD), versione dell teoria particolarmente adatta alle simulazioni.

[thotgor]

Originariamente inviato da Banus
Più o meno
E' un altro modo per descrivere il residuo di interazione forte fra i quark dei nucleoni. I quark sono tenuti insieme dai gluoni. L'equivalente di carica per la forza forte è il "colore" o "sapore" (da cui il nome). Scambiandosi i gluoni i quark cambiano continuamente "colore". Su scala più grande, nel nucleo atomico, i pioni trasformano continuamente i protoni in neutroni e viceversa. Si può vedere tutto come un'interazione complessa fra i vari quark che compongono i nucleoni all'interno del nucleo atomico. Dovrebbe essere questo il punto di vista della Lattice Quantum Chromodynamics (LQCD), versione dell teoria particolarmente adatta alle simulazioni.

per carità, io faccio sc. e tecnologie dei materiali, sono indirizzato alla chimica piuttosto che alla fisica (anche se avrò i miei corsi di fisica più avanti)

[SnakePlissken]

Grazie Banus, hai centrato in pieno!

Ma c'è una spiegazione sul come facciano i pioni a trasformare i protoni in neutroni? Intervengono sul legame tra i quark (che quindi sono come in un brodo)? E c'è un nome particolare per questo fenomeno?

Grazie di nuovo e scusa se posso sembrare insistente.

[Banus]

Piano piano...
Quelloche so lo prendo dai vari "Le Scienze" e qualche info dal web. Se mi chiedete dettagli matematici vado in crisi
Tento una spiegazione.

Non l'ho letto da nessuna parte, ma i pioni possono essere visti come "quark scambiati" da una particella all'altra.
I quark non possono essere isolati. La forza di attrazione dei gluoni aumenta con la distanza, e per l'equivalenza E=mc^2 allontanado un quark dagli altri si generano altri quark che lo "rivestono" ottenendo un adrone (particella composta da quark).

Il protone (p) è formato da 2 quark up (u) e da uno down (d). Il neutrone (n) da due down e un up. Il pione positivo (p+) da un up e da un antidown (^d), il pione negativo (p-) da un antiup (^u) e da un down.

p -> n + p+
uud -> udd + u^d

Un protone diventa un neutrone ed emette un pione +. Un quark up viene rimpiazzato da uno down e l'antidown generato (si genera sempre una coppia particella-antiparticella) si lega al quark up formando il pione.

n -> p + p-
udd -> uud + ^ud

Leggendo da destra a sinistra si vede che un neutrone ricevendo un pione+ diventa un protone e così via. Il numero di protoni e neutroni infatti deve rimanere sempre lo stesso.

[SnakePlissken]

Grazie infinite!
Ora ci ragiono un po' su.

[Banus]

Originariamente inviato da Banus
L'equivalente di carica per la forza forte è il "colore" o "sapore" (da cui il nome).

Recupero questo thread (segnalato da Christina ) per correggere una banfa che ho scritto
Il sapore indica il tipo dei quark (u,d,s,c,b,t), e il colore la "carica". Non sono sinonimi

Per saperne di più:
http://it.wikipedia.org/wiki/Quark

[lowenz]

Voi non lo sapete ma Banus è un fisico teorico mancato che poi si è dato all'ingegneria

Un giorno voglio la sfida intellettuale Banus vs Christina

[lowenz]

Originariamente inviato da thotgor
particelle chiamate mesoni o pioni

Si è deciso di chiamarle pioni, perchè con mesoni ormai si indica una famiglia di adroni
Inzialmente si era dato il nome mesone perchè aveva massa "intermedia" fra quelle delle particelle allora conosciute.

Per i particolari:
http://it.wikipedia.org/wiki/Pione

[lowenz]

C'ho un dubbio: come si concilia

Originariamente inviato da Banus
n -> p + p-

con
(decadimento beta)?

Le masse non tornano

[Banus]

Originariamente inviato da lowenz
Le masse non tornano

Ovvio che non tornano
I mesoni pi scambiati sono particelle virtuali. Yukawa è stato il primo a proporre lo scambio di particelle virtuali nelle interazioni. Feynman ha applicato questo concetto nella QED ad esempio.

[lowenz]

Originariamente inviato da Banus
Ovvio che non tornano
I mesoni pi scambiati sono particelle virtuali. Yukawa è stato il primo a proporre lo scambio di particelle virtuali nelle interazioni. Feynman ha applicato questo concetto nella QED ad esempio.

beh, capisco la virtualità, ma stando a quello che so io il pione HA una massa.
Sono le addizioni ad essere virtuali allora?

[Banus]

Originariamente inviato da lowenz
beh, capisco la virtualità, ma stando a quello che so io il pione HA una massa.

Le particelle virtuali per definizione sono quelle che violano la conservazione dell'energia, a patto che la violazione duri per un tempo sufficientemente breve. Per questo non è possibile rilevarle, e non ha nemmeno senso chiedersi se esistono davvero
Se fosse possibile rilevarle, sarebbe violata la conservazione dell'energia.

[lowenz]

Originariamente inviato da Banus
Le particelle virtuali per definizione sono quelle che violano la conservazione dell'energia, a patto che la violazione duri per un tempo sufficientemente breve. Per questo non è possibile rilevarle, e non ha nemmeno senso chiedersi se esistono davvero
Se fosse possibile rilevarle, sarebbe violata la conservazione dell'energia.

Ma quindi tutte le loro caratteristiche (vita, ecc) sono puramente teoriche ed esse stesse sono un puro oggetto/strumento del modello legato alla teoria pippoplutopaperino in voga.....mmmmm.