La materia oscura e il mistero dell’universo
Ne hanno parlato, lhanno cercata ma nessuno sa ancora cosè davvero. Ecco allora un approfondimento sulla materia oscura, dal libro di Massimo Teodorani
di Massimo Teodorani – 07/01/2016
La materia oscura e il mistero dell’universo
Estratto dal libro “L’atomo e le particelle elementari” di Massimo Teodorani
La materia oscura
Fino alla prima metà del 900 si riteneva che la quasi totalità della massa delluniverso risiedesse nelle stelle e nelle galassie in cui esse sono contenute.
Bastava monitorare luniverso con i telescopi, rilevare la luce dei corpi celesti e dedurre
automaticamente che solo ciò che emette luce è dotato di massa. Poi, proprio da unattenta analisi
delle osservazioni astronomiche ci si è accorti che le cose non stanno affatto in questi termini, al
punto tale che oggigiorno abbiamo unaccurata conferma che i corpi celesti luminosi rappresentano solo il 4% della massa delluniverso.
Come siamo riusciti ad arrivare a questa deduzione? Innanzitutto dal modo in cui le stelle orbitano attorno al centro delle loro galassie.
Sia in base alle leggi della cinematica orbitale di Keplero che a quelle della dinamica orbitale di
Newton (che non rappresentano altro che la legge di gravitazione universale), sappiamo che in un
sistema gravitazionalmente legato come una galassia, composto di tanti corpi orbitanti slegati gli
uni dagli altri, le stelle che si trovano più lontano dal centro della galassia devono ruotare più lentamente di quelle che si trovano più vicino al centro.
E invece le osservazioni spettroscopiche che ci forniscono tramite lo spostamento Doppler delle
righe spettrali la velocità delle stelle allinterno del sistema galattico, mostrano che la
velocità delle stelle lontane dal centro galattico è molto maggiore di quella attesa.
Fino ad una piccola distanza dal centro galattico, le previsioni della meccanica sembrano funzionare
abbastanza bene, poi oltre una certa distanza la velocità delle stelle anziché diminuire resta pressoché costante.
Questo comportamento dinamico così inconsueto può essere spiegato solo se si assume che la galassia
contenga della materia invisibile che non è concentrata nel nucleo e il cui effetto gravitazionale è
responsabile del moto peculiare delle stelle nella galassia. Un comportamento del genere lo si
riscontra anche su vastissima scala, quando si va a osservare gli ammassi di galassie. [
]
Studiando le anomalie riscontrate sia nelle stelle singole allinterno di una data galassia che il
regime di moto delle galassie allinterno di un ammasso di galassie, si è dunque riscontrato che il
rapporto tra la massa di ciò che effettivamente si vede perché emette luce e la massa relativa a ciò
che non si vede deducibile dal comportamento gravitazionale anomalo dei corpi celesti, è un valore
compreso, a seconda dei casi tra 200 e 400, anziché 1 se dovessimo credere interamente a Keplero e a Newton.
Ciò dimostra che ben il 96% della materia che compone galassie e ammassi di galassie, si trova in
qualcosa di invisibile che non riusciamo a vedere direttamente, ma di cui potremmo talvolta essere in grado di misurarne gli effetti.
L’Atomo e le Particelle Elementari – Libro
Massimo Teodorani ci guida nel mondo delle particelle elementari in un viaggio entusiasmante e
avvincente, dove linfinitamente grande e linfinitamente piccolo si intrecciano senza sosta.
Atomi che scambiano energia con la radiazione in un universo quantistico, magici legami chimici,
inquietanti forze nucleari che si liberano all’improvviso, armoniose interazioni tra le particelle
ultime in un universo in continua evoluzione, misteriose trasformazioni di particelle, tutto ciò non
può non stupire e incuriosire chiunque sia affascinato da queste realtà e curioso di conoscere i
meccanismi che regolano e tengono insieme la materia, ma che possono anche disgregarla e trasformarla.
Se un tempo si riteneva che la fisica nucleare fosse una materia complessa, L’Atomo e le particelle
elementari contraddice in pieno questa convinzione, grazie alla raccolta e all’esposizione di tutte le più importanti scoperte sul tema in un modo semplice e alla portata di tutti.
Massimo Teodorani propone le sue ricerche con grande precisione e rigore, mostrando al contempo il
lato misterioso e sorprendente della conoscenza scientifica grazie alla narrazione estremamente coinvolgente.
Indice
Introduzione
1. Storia atomica
Le origini del concetto di atomo
Latomismo indiano
Latomismo greco
La lunga stasi aristotelica
La rinascita dellatomismo in Europa
Gli atomi chimici di Dalton
La nascita della Tavola periodica degli elementi
Riassunto Capitolo 1
Quesiti
2. Fisica atomica
I primi modelli di struttura atomica
Latomo rigido di Thomson e la scoperta dellelettrone
Latomo planetario di Rutherford e la scoperta del protone
Limpatto della teoria quantistica sulla fisica atomica
Latomo quantistico di Bohr e la nascita del modello atomico definitivo La danza elettronica degli orbitali quantistici
La scoperta del neutrone
La natura quantistica del comportamento degli elementi chimici La magia del legame chimico
La Tavola periodica degli elementi chimici rivisitata
Riassunto Capitolo 2
Quesiti
3. Fisica nucleare
I decadimenti e le forze nei nuclei atomici
La scoperta della radioattività
Instabilità degli atomi e decadimento radioattivo
Il decadimento Beta e la scoperta del neutrino
La conversione della massa in energia
La fissione nucleare
La fusione nucleare
La fusione nucleare nel Sole e nelle stelle
Il problema dei neutrini solari
La nucleosintesi degli elementi più pesanti
La fusione fredda: un fenomeno controverso
Riassunto Capitolo 3
Quesiti
4. Fisica particellare
Le particelle e le interazioni fondamentali
Fermioni e bosoni
Le quattro interazioni fondamentali
I raggi cosmici
Come funzionano gli acceleratori di particelle
Lanello mancante della catena: il bosone di Higgs
La materia oscura
La supersimmetria e le superparticelle
La teoria delle superstringhe: verso il campo unificato
Particelle molto esotiche: monopoli magnetici e mini-buchi neri Cosmologia particellare: storia molto breve delluniverso
Riassunto Capitolo 4
Quesiti
5. Riflessioni filosofiche sulluniverso particellare
Riferimenti informativi e bibliografici
Appendice Cronologia delle scoperte atomiche
Note
Massimo Teodorani
L’Atomo e le Particelle Elementari – Libro >> http://goo.gl/xPcDKs
Dalla scienza degli antichi alle superstringhe di oggi – Manuale per studenti e ricercatori http://www.macrolibrarsi.it/libri/__atomo_e_le_particelle_elementari.php?pn=1567
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