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Cos’è la “materia esotica” e perchè si studia

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La materia esotica è materia composta prevalentemente da particelle effimere, ovvero che decadono dopo poco tempo dalla loro produzione. Studiate attraverso i raggi cosmici, possono anche essere prodotte in laboratorio (ad esempio negli esperimenti condotti negli acceleratori). Sono composte principalmente da muoni, tau e dai tre tipi di neutrini e tutta una serie di particelle strane, ovvero particelle composte da quark di tipo strange, charm, beauty,top.

Con l’aggettivo “esotico” si indicano in fisica spesso anche particelle, campi o più in generale condizioni e oggetti che non sono previste dalla teoria comunemente accettata nel campo della fisica a cui si fa riferimento, e richiederebbero una modificazione di essa. Il termine in genere non viene utilizzato in modo univoco. [fonte Wikipedia]

Un ulteriore approfondimento tratto da “La materia oscura” di Patrizia De Simone – Fonte: http://scienzapertutti.lnf.infn.it/ – Link diretto all’articolo

L’elettrone e la coppia di quark up e down sono i mattoni fondamentali della materia stabile presente nell’Universo, ma il quadro delle particelle fondamentali è molto più complesso .scienzapertutti_schema_materia_quark_leptoni

Innanzitutto,  ogni particella è accompagnata da un’antiparticella . Inoltre, nelle interazioni con scambi di elevata energia che avvengono naturalmente (Raggi Cosmici ) o  artificialmente –    in esperimenti come quelli effettuati nei Laboratori Nazionali di Frascati (LNF) dell’INFN  icona_linkesterno  – sono prodotte una grande varietà di particelle effimere, che in breve tempo si trasformano in particelle sempre più leggere fino ad assumere la forma della materia ordinaria che già abbiamo imparato a conoscere.

Queste particelle effimere vengono indicate con il nome di materia esotica.

Sono i leptoni muone icona_glossario e tau icona_glossario, tre tipi di neutrini icona_glossario che non decadono, e delle particelle i cui costituenti sono i quark strano, charm, beauty, e top, tutti previsti dal Modello Standard.

La materia esotica, seppure di minore importanza per spiegare l’Universo così come ci si presenta, è essenziale per capire la sua nascita (il famoso Big Bang ) e la sua evoluzione fino ai nostri giorni. Le particelle materiali (leptoni e quark) si presentano in famiglie e la figura ci aiuta a visualizzarle.

I vantaggi degli studi sulla Materia Esotica:

Il Nobel per la Fisica 2016 è andato alla scoperta del “volto” esotico della materia, ossia dei passaggi che avvengono da uno stato all’altro della materia in condizioni inusuali. Questi studi hanno aperto le porte alla ricerca di nuovi materiali e in particolare di quelli per la superconduttività ad alta temperatura.

Le ricerche aprono nuovi orizzonti sulle future applicazioni delle teorie relative sia alla scienza dei materiali che all’elettronica.

David J. Thouless (professore all’Università di Washington a Seattle), Duncan M.Haldane (università di Princeton e Michael Kosterlitz (Brown University), sono i fisici che fin dagli anni ’70 hanno cercato di esplorare il cuore della materia. In altre parole, hanno studiato le trasformazioni che avvengono nella materia quando avviene il passaggio da uno stato a un altro. I tre ricercatori premiati con il Nobel sono stati i primi a vedere che cosa succede quando si passa da un oggetto magnetizzato, come una calamita, a un oggetto che non lo è, oppure da un metallo normale a un metallo superconduttore.

In merito all’assegnazione del Nobel, il presidente del CNR, Massimo Inguscio, spiega che «questi nuovi materiali quantistici “esotici” proteggono dai disturbi dovuti a rumore, impurità e disordine. In tal modo vengono preservate quelle caratteristiche che aprono prospettive reali nello sviluppo di mattoni fondamentali per le tecnologie del futuro, ad esempio di bit quantistici estremamente stabili che potrebbero avvicinare la realizzazione di calcolatori rivoluzionari».