La particella "Oh Mio Dio"

rscalabrini (61)in #scienze • 7 years ago

Il 15 ottobre 1991 un detector di raggi cosmici chiamato "Fly's Eye", appartenente all'università dello Utah, rilevò una particella (un protone) con un'energia enorme, pari a circa 3.2*10^20 elettronvolt (eV), circa 51 Joule, ossia l'energia necessaria per accendere una lampadina di 50 Watt per un secondo, o quella di una palla da baseball di 150 grammi che viaggia a 94 Km/h. È un'energia davvero immensa, se la pensate concentrata in un'oggetto infinitamente piccolo come un protone. Oggi, al CERN, che è il più grande acceleratore di particelle sulla Terra, si raggiungono energie dell'ordine dei 14 *10^12 eV, cioè diversi ordini di grandezza minori. Ovviamente buona parte dell'energia era sotto forma di energia cinetica. La velocità della particella risultò essere praticamente uguale alla velocità della luce, solo per piccole frazioni al di sotto di essa. Precisamente v=0.9999999999999999999999951 c, dove c è la velocità della luce, velocità a cui le particelle dotate di massa posso tendere, ma non possono mai raggiungere, perchè servirebbe un'energia infinita.

In un'ipotetica gara tra il protone e un fotone (la particella di luce) lunga un anno luce (10'000 miliardi di Km), il protone perderebbe appena 46 nanometri di terreno sul fotone, ossia 46 miliardesimi di metro!
La particella è stata chiamata "The Oh My God Particle", la particella "Oh Mio Dio", proprio a causa delle folli caratteristiche che possiede (! Da non confondere con il bosone di Higgs, la "particella di Dio"!). Mai prima di allora era stata rivelata una particella così energetica. Nel frattempo ne sono state rilevate altre simili, una quindicina, ma ancora oggi non è chiaro quali possano essere le fonti che le producono. Ci sono numerosi candidati: stelle di neutroni, decadimenti radioattivi, esplosioni di stelle...ad oggi i candidati più promettenti sono i buchi neri supermassicci.

A causa dell'elevata velocità, gli effetti relativistici diventano predominanti.
Nel sistema di riferimento della particella le distanze appaiono notevolmente ridotte:
l'intero sistema solare avrebbe un diametro di appena 37 metri, tutta la Via Lattea apparirebbe grande solo 10 volte la distanza tra la Terra e la Luna.

Approfondimenti

La contrazione relativistica delle lunghezze è data dalla formula:

dove l è la lunghezza nel sistema di riferimento in moto, lzero è la lunghezza misurata da un osservatore fermo rispetto ai due punti tra cui viaggia il corpo, v è la velocità dello stesso, c è la velocità della luce.

Mentre la dilatazione relativistica del tempo è data da
CodeCogsEqn (2).gif
dove tzero è il tempo proprio del corpo, ossia il tempo misurato nel suo sistema di riferimento, mentre t è il tempo misurato dall'osservatore che vede il corpo muoversi.

Il fattore gamma:
CodeCogsEqn (3).gif
è detto fattore di Lorentz: è quello che determina quantitativamente la contrazione delle lunghezze o la dilatazione dei tempi. Il suo andamento è il seguente:

come vedete aumenta esponenzialmente tendendo a infinito all'avvicinarsi alla velocità della luce, mentre non si discosta significativamente da 1 a basse velocità. Per questo non sperimentiamo gli effetti relativistici nella vita quotidiana, dove le velocità sono enormemente inferiori a quelle della luce.
Ciao!