La teoria quantistica

Tavola cronologica Home Mi sono perso!


All'inzio del ventesimo secolo, gli scienziati erano convinti di aver compreso i principi fondamentali della natura. Gli atomi erano i "mattoncini" con cui era costruito il mondo naturale, le leggi di Newton spiegavano il moto: la maggior parte dei problemi di fisica sembravano risolti. Ma, a partire dalla teoria della relatività di Einstein, che sostituisce la meccanica newtoniana, gli scienziati hanno gradualmente capito che la loro conoscenza era ben lontana dall'essere completa. Di particolare interesse era il campo in espansione della meccanica quantistica, che alterava completamente i precetti fondamentali della fisica.


Particelle scoperte nel periodo 1898 - 1964:

<
1900 Max Planck suggerisce che la radiazione sia quantica, ovvero si manifesti in quantità discrete.
1905 Albert Einstein, uno dei pochi scienziati che prendono sul serio le idee di Planck, propone il quanto di luce, il fotone, che si comporta come una particella. Altre teorie di Einstein illustrano l'equivalenza di massa ed energia, la dualità particella-onda del fotone, il principio di equivalenza, e la relatività speciale.
1909 Hans Geiger e Ernest Marsden, con la supervisione di Ernest Rutherford, lanciano particelle alfa contro una lamina d'oro e osservano ampi angoli di diffusione.
1911 Ernest Rutherford, dagli esperimenti di Hans Geiger e Ernest Marsden sulla diffusione delle particelle alfa, deduce che gli atomi hanno un nucleo piccolo, denso e carico positivamente.
1912 Albert Einstein spiega la curvatura dello spazio-tempo.
1913 Niels Bohr riesce a costruire con successo una teoria della struttura atomica basata sui concetti quantistici.
1919 Ernest Rutherford trova la prima prova sperimentale del protone.
1921 James Chadwick e E.S. Bieler arrivano alla conclusione che una qualche forza forte tiene insieme il nucleo.
1923 Arthur Compton scopre la natura quantica (di particella) dei raggi X, confermando per questa via che il fotone è una particella.
1924 Louis de Broglie postula che la materia ha proprietà ondulatorie.
1925 (Gen.) Wolfgang Pauli formula il principio di esclusione per gli elettroni in un atomo.
1925 (Apr.) Walther Bothe e Hans Geiger dimostrano che massa ed energia si conservano nei processi atomici.
1926 Erwin Schroedinger sviluppa la meccanica ondulatoria, che descrive il comportamento dei sistemi quantistici per i bosoni. Max Born dà un'interpretazione in termini probabilistici della meccanica quantistica. G.N. Lewis propone il nome di "fotone" per il quanto di luce.
1927 Si osserva che certi materiali emettono elettroni di varia energia (decadimenti beta). Dato che sia l'atomo che il nucleo presentano livelli discreti di energia, non è facile capire perché gli elettroni prodotti in una transizione possano avere spettro continuo (vedi il 1930 per una soluzione).
1927 Werner Heisenberg formula il principio di indeterminazione: più sai riguardo l'energia di una particella, meno sai riguardo la sua durata (e viceversa). Lo stesso principio di indeterminazione si applica alla quantità di moto e alle posizioni.
1928 Paul Dirac unisce la meccanica quantistica e la relatività speciale per descrivere l'elettrone.
1930 La meccanica quantistica e la relatività speciale sono ben consolidate. Ci sono solo tre particelle fondamentali: protoni, elettroni e fotoni. Max Born, dopo aver visto l'equazione di Dirac, dice "La fisica, come la conosciamo noi, finirà tra sei mesi".
1930 Wolfgang Pauli introduce il neutrino per spiegare lo spettro continuo dell'elettrone nel decadimento beta.
1931 Paul Dirac conclude che le particelle con carica elettrica positiva richieste dalla sua equazione sono oggetti nuovi, e li chiama "positroni". Sono esattamente come gli elettroni, ma hanno carica positiva. E' il primo esempio di antiparticelle.
1931 James Chadwick scopre il neutrone. I meccanismi del legame nucleare e del decadimento diventano problemi di primaria importanza.
1933-34 Enrico Fermi avanza una teoria del decadimento beta che introduce l'interazione debole. E' la prima teoria a usare esplicitamente i neutrini e i cambiamenti di sapore delle particelle.
1933-34 Hideki Yukawa unisce relatività e teoria quantistica per descrivere le interazioni nucleari attraverso uno scambio tra protoni e neutroni di nuove particelle (mesoni chiamati "pioni"). Dalle dimensioni del nucleo, Yukawa deduce che la massa delle particelle ipotizzate (i mesoni) è circa 200 volte la massa dell'elettrone. E' l'inizio della teoria mesonica delle forze nucleari.
1937 Una particella con massa 200 volte quella dell'elettrone viene scoperta nei raggi cosmici. I fisici pensano che sia il pione di Yukawa, ma in seguito si scoprirà che si tratta del muone.
1938 E.C.G. Stuckelberg osserva che protoni e neutroni non decadono mai in alcuna combinazione di elettroni, neutrini, muoni o loro antiparticelle. La stabilità del protone non può essere spiegata in termini di conservazione dell'energia o della carica: propone che le particelle pesanti si conservano indipendentemente.
1941 C. Moller e Abraham Pais introducono il termine "nucleone" per indicare genericamente sia i protoni che i neutroni.
1944-47 Marcello Conversi, Ettore Pancini e Oreste Piccioni capiscono che la particella dei raggi cosmici creduta il mesone di Yukawa in realtà è il "muone", la prima particella osservata della seconda generazione di particelle materiali. Questa scoperta è del tutto inattesa -- I.I. Rabi commenta: "chi l'ha ordinata?". Si introduce il termine "leptone" per indiccare oggetti che non interagiscono in maniera molto forte (sia gli elettroni che i muoni sono leptoni).
1947 Nei raggi cosmici viene trovato un mesone che interagisce in maniera forte, e si stabilisce che sia il pione.
1947 I fisici trovano procedure per calcolare le proprietà elettromagnetiche di elettroni, positroni e fotoni. Feynman introduce i suoi diagrammi.
1948 Per la prima volta il sincrotrone di Berkeley produce pioni artificialmente.
1949 Enrico Fermi e C.N. Yang interpretano il pione come una struttura composta da un nucleone e un antinucleone. Quest'idea di particelle composte è piuttosto rivoluzionaria.
1949 Viene scoperta la particella K+ attraverso il suo decadimento.
1950 Viene trovato il pione neutro.
1951 Nei raggi cosmici vengono scoperti due nuovi tipi di particelle. Nei rivelatori si trovano tracce a forma di "V", e si ricostruiscono gli oggetti neutri elettricamente che sono decaduti producendo i due oggetti carichi che hanno lasciato le tracce. Queste nuove particelle sono battezzate lambda0 e K0.
1952 Viene scoperta la particella "delta": sono quattro particelle simili (delta++, delta+, delta0, delta-).
1952 Donald Glaser inventa la camera a bolle. Diventa operativo il Cosmotrone di Brookhaven, un acceleratore di 1,3 GeV.
1953 Inizia la cosiddetta "esplosione delle particelle" -- una vera e propria proliferazione di particelle.
1953-57 Esperimenti di diffusione di elettroni su nuclei rivelano una distribuzione di densità di carica dentro al protone e anche dentro al neutrone. La descrizione di questa struttura elettromagnetica interna di protoni e neutroni suggerisce l'idea di una qualche struttura interna di questi oggetti, sebbene siano ancora considerati particelle fondamentali.
1954 C.N. Yang e Robert Mills elaborano una nuova classe di teorie, chiamate "teorie di gauge". Questo tipo di teoria costituirà poi la base del Modello Standard.
1955 Beniamino Segré, con il suo gruppo di Berkeley, scopre l'antiprotone, la prima antiparticella pesante.
1957 Julian Schwinger in un articolo propone l'unificazione delle interazioni debole ed elettromagnetica.
1957-59 Julian Schwinger, Sidney Bludman, e Sheldon Glashow, separatamente, propongono l'idea che tutte le interazioni deboli sono mediate da bosoni carichi pesanti, più tardi denominati W+ e W-. Già Yukawa, venti anni prima, aveva parlato di scambi di bosoni, ma aveva identificato nel pione il mediatore della forza debole.
1961 Dato che il numero di particelle note continua a crescere, un modello matematico di classificazione delle particelle (il gruppo SU(3)) aiuta i fisici a identificare schemi per i tipi di particelle.
1962 Gli esperimenti verificano che esistono due tipi distinti di neutrini (neutrini-elettrone e neutrini-muone), come già previsto dalla teoria.


Main 
Timeline Ritorna alla tavola cronologica