a cura di Mario Bruschi, Dipartimento di Fisica Università “La Sapienza”

No, non è un refuso tipografico, parliamo proprio dell’elettrino, il possibile fratello minore dell’elettrone…Il fisico Humphrey Maris (Brown University / Ecole Normal Superieure, maris@holley.physics.brown.edu, 401-863-2185) ha infatti proposto la possibilità che l’elettrone in particolari condizioni (vedi dopo) possa spezzarsi in due o più frammenti: gli elettrini (Maris, Journal of Low Temperature Physics, 1 Aug 2000; Select Articles).
Se fosse confermato, questo sarebbe veramente sorprendente… Vediamo perché.

E’ noto che nel secolo appena  scorso vi è stata una lunga caccia ai costituenti “ultimi” della materia. In brevissima sintesi: si è passati da atomi come bolle di carica positiva con dentro le “palline” degli elettroni, alla scoperta  dell’atomo “planetario” (un piccolo nucleo duro con intorno una nuvolaglia di elettroni), si è visto poi che il nucleo stesso era costituito da altre particelle (protoni e neutroni) e  in seguito anche questi nucleoni hanno rivelato una loro struttura interna (cioè sono costituiti essi stessi da più esotiche ed “elementari” particelle: i quarks).
Questa struttura a matrioskas o a scatole cinesi si ferma qui? non è ancora certo.
Le teorie più speculative ed avanzate descrivono tutte le particelle come diversi modi di vibrazione di strutture molto più elementari: le stringhe, micro-micro-corde che vivono in un universo a più dimensioni (9,10, 11, 24… dimensioni? non lo sappiamo). E tuttavia tali teorie non potranno essere verificate o falsificate sperimentalmente per moltissimo tempo (forse mai). Quindi, da questo punto di vista, sono teorie metafisiche. La brillante sistemazione attuale dello zoo delle particelle elementari attuata nel cosiddetto “modello standard” sembrava quindi verosimilmente stabile e duratura (vedi la tabella e anche l’articolo Catturata l’ultima “particella fantasma”… forse vista la “particella di Dio”). Inoltre l’elettrone era probabilmente tra tutti il candidato più improbabile riguardo alla possibilità di esibire sottostrutture. Questo per una serie di ragioni tecniche e anche per il fatto che finora l’elettrone  era la rappresentazione più verosimile di quella astrazione cara ai fisici detta ” particella puntiforme” (nessuno è finora riuscito a misurarne un eventuale “raggio”). E tuttavia la forza della scienza è proprio nel fatto che in essa le “verità” non sono mai definitive.
La scienza è aperta al cambiamento, se la natura così detta.. Perciò, qualora il suggerimento di H. Maris dovesse essere confermato sperimentalmente, rivedremo le nostre teorie, modificheremo le nostre “verità”.
Ma torniamo all’elettrino.
Come è giunto Humphrey Maris a questa rivoluzionaria proposta e perché? Il punto di partenza è in una serie di risultati “anomali” e finora inspiegati che si sono ottenuti (già negli anni ’60) nella fisica delle basse temperature. Per esempio è ben noto che se si iniettano elettroni nell’elio liquido (siamo a temperature vicine allo zero assoluto, circa 270 gradi sotto lo zero del vostro termometro) si possono formare intorno agli elettroni stessi delle minuscole bollicine (aventi un diametro di circa 4 milionesimi di millimetro).
Secondo le nostre conoscenze, “schiccherando”, cioè colpendo, con fotoni (luce!) tali bollicine,  gli elettroni dovrebbero uscire dall’elio stesso. Ma numerosi esperimenti hanno contraddetto questa “facile” previsione: i detectors non hanno mai catturato elettroni bensì altre particelle cariche e finora non identificate. Molte dispute vi sono state negli ultimi decenni sulla natura di tali particelle e sulla possibile spiegazione del fenomeno. Humphrey Maris ha semplicemente proposto una soluzione radicale: un elettrone in una bolla di elio liquido, colpito da un fotone, si spezza in elettrini! Tali elettrini tra l’altro porteranno una frazione della carica elettrica dell’elettrone ‘padre’. L’esistenza di cariche frazionarie, nonostante il parere contrario di alcuni testi liceali non aggiornati, non è più una novità: i quarks hanno cariche frazionarie e inoltre recentemente in alcuni contesti speciali sono stati osservati dei conglomerati di particelle che si comportano collettivamente quasi come particelle singole ma coni carica elettrica frazionaria (quasi-particelle). La spiegazione proposta da Maris, semplificando!, è la seguente: come è noto dalla meccanica quantistica, la materia/energia ha una duplice natura di onda e particella, quindi l’elettrone dentro la bolla è (anche) un’onda.
La bolla di elio che lo/la contiene, venendo urtata dal fotone (un’altra onda!), comincia a vibrare ed ad oscillare fino ad eventualmente  spezzarsi in  diverse sotto-bollicine ognuna della quali porterà all’interno solo una frazione dell’onda elettronica originaria: queste frazioni d’onda sono esse stesse particelle (gli elettrini). Lo scindersi di un’onda elettronica in sotto-parti era già stato osservato, tuttavia in questi casi si riotteneva sempre una ricombinazione delle sotto-onde tale che ad ogni misura si ritrovava il solito elettrone nella sua interezza…
Perché quindi gli elettrini si formano apparentemente solo nell’elio liquido? Maris dice che questo avviene per le caratteristiche di superfluidità dell’elio liquido: queste bolle possono rispondere in maniera ottimale (senza smorzamenti) alle oscillazioni della luce-fotone che le sollecita  e spezzarsi quindi in modo “pulito”. Comunque non tutti sono d’accordo su tale spiegazione. Il collega di H. Maris alla Brown University, il fisico JeanTauc, ha forti obiezioni teoriche ( peculiarità della meccanica quantistica, che non possiamo qui approfondire, dovrebbero garantire che le sotto-onde, pur spazialmente separate in micro-bolle diverse, continuano a formare una sola particella: l’elettrone).
Ma allora cosa sono le misteriose particelle cariche che escono dall’elio liquido? Il fisico Gary Ihas, della Florida University, dice che spiegazioni magari complicate ma “banali” del fenomeno non possono ancora essere scartate con certezza. Tuttavia il noto esperto Peter McClintock (Univ. of Lancaster, 011-44-1524-593073) afferma che: “Questa teoria è molto interessante… dovrebbe essere presa sul serio”.
Vedremo.


Fonti :

PHYSICS NEWS UPDATE
The American Institute of Physics Bulletin of Physics News

Number 501 September 7, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

Number 335 (Story #1), September 5, 1997 by Phillip F. Schewe and Ben Stein
Number 234 (Story #2), July 21, 1995 by Phillip F. Schewe and Ben Stein

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