La massa mancante

La conclusione alla quale pervenne Newton relativamente alla massa fu che essa rappresenta semplicemente una misura della quantità di materia. In base a ciò, è sufficiente sommare le masse dei costituenti elementari della materia per ottenere il valore esatto di massa. Ma le cose non stanno esattamente così e il perché si sarebbe scoperto soltanto due secoli più tardi.

In base al Modello Standard, ci sono ventiquattro particelle identificabili come i veri mattoncini di base della materia. Tra di esse, troviamo sei tipi di quark chiamati up, down, top, bottom, charm e strange che, a loro volta, si raggruppano in tre varietà, a seconda del valore di una loro proprietà chiamata carica di colore, e sei particelle chiamate leptoni, famiglia alla quale appartengono gli elettroni e i neutrini. Questi ultimi sono quasi interamente privi di massa e scarsamente interagenti a tal punto da essere in grado di attraversare senza difficoltà qualunque cosa si trovi sul loro cammino. Un protone è costituito da due quark up e un quark down.

Se sommiamo le masse dei tre quark, il totale risulta essere solo l’1% della massa del protone: il 99% della massa del protone sembra non esserci nonostante le misurazioni dicano il contrario. La stessa cosa accade con i neutroni, costituiti da un quark up e due quark down. Insomma, esiste molta più massa di quella che è possibile misurare. 

Di questo si rese conto Albert Einstein, allorché pubblicò un articolo dal titolo: Può l’inerzia di un corpo dipendere dal suo contenuto di energia?. Come sappiamo, i fatti dimostrarono che questa domanda aveva una risposta affermativa e che massa ed energia sono due aspetti indissolubilmente legati e commutabili. Le scoperte di Einstein permisero di comprendere il motivo per cui la massa del protone risulta maggiore della somma delle sue componenti. I tre quark all’interno del protone giustificano solo l’1% della sua massa, ma sono legati uno all’altro da forze eccezionalmente intense. Perciò, la maggior parte della massa del protone scaturisce dall’energia in gioco nel movimento dei quark al suo interno e dall’energia di legame che li tiene uniti. Quanto detto porta a concludere che qualunque struttura, vivente o inerte, deve gran parte della sua massa all’intensa energia che occorre per tenere insieme le particelle elementari da cui essa stessa è costituita.

Da Newton ad Einstein la scienza fece passi da gigante verso la comprensione della natura della massa. Gli anni sessanta del secolo scorso videro confluire gli sforzi degli scienziati verso l’ultimo obiettivo necessario: capire da che cosa traessero la propria massa le particelle elementari. Il campo di Higgs rappresentava un’affascinante e coerente teoria, in grado di risolvere proprio questo mistero e oggi sappiamo com’è andata. Leggi Il bosone di Higgs

Domenico Signorelli

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