QFT? (Q_uantum F_ield T_heory)

Una presentazione per la QFT potrebbe essere la seguente:
https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_field_theory

Oppure in italiano:
https://it.wikipedia.org/wiki/Teoria_quantistica_dei_campi

Non trascurando:
https://it.wikipedia.org/wiki/Oscillatore_armonico_quantistico

Ma anche:
https://en.wikipedia.org/wiki/Renormalization

Ora vediamo come spiega tutta la questione Fritjof Capra in “il Tao della fisica”(Ed Adelphi) da pag. 89.

PAG. 89:

Nella storia della esplorazione che l’uomo ha compiuto nel mondo sub microscopico, una fase importante fu raggiunta negli anni trenta quando gli scienziati pensarono di avere finalmente scoperto i <<mattoni fodamentali>> della materia.

Si sapeva che tutta la materia era formata da atomi e che gli atomi erano formati da protoni, neutroni ed elettroni: di conseguenza queste cosiddette “particelle elementari” erano considerate le unità _definitive_ ed indistruttibili della materia: atomi nel senso di Democrito (ndr: atomo etimo: indivisibile).

La meccanica quantistica implica, come abbiamo già detto in precedenza, che non possiamo scomporre il mondo in unità piccolissime con una propria esistenza indipendente, ma a quei tempi ciò non era ancora capito in tutta la sua generalità.

Le concezioni classiche erano ancora tanto diffuse che la maggior parte dei fisici cercava di comprendere la materia in termini di “mattoni elementari”; di fatto, questa tendenza di pensiero è molto forte ancora oggi.

Due ulteriori sviluppi della fisica moderna hanno mostrato, tuttavia, che la nozione di particella elementare come unità fondamentale della materia deve essere abbandonata.

pag. 90, op. cit. :

Uno di questi sviluppi fu sperimentale, l’altro teorico, ed entrambi ebbero inizio negli anni ’30.

In campo sperimentale, furono scoperte nuove particelle quando i fisici perfezionarono le loro tecniche sperimentali e idearono nuovi ingegnosi dispositivi per la rilevazione delle particelle. Così il numero delle “particelle” crebbe da 3 a 6 nel 1935, poi salì a 18 nel 1955, ed oggi (1975) conosciamo più di 200 “particelle elementari”. […]

Subito dopo la formulazione della MQ (Meccanica Quantistica) divenne chiaro che una teoria completa dei fenomeni nucleari non solo doveva essere una teoria quantistica, ma doveva tenere conto della teoria della relatività, dato che le particelle confinate in uno spazio di dimensioni piccole come quelle dei nuclei spesso si muovono con velocità  che si avvicina a quella della luce.

Questo fatto è cruciale per spiegare il loro comportamento, poiché ogni descrizione di fenomeni naturali che comportino velocità vicine a quella della luce deve essere, come si suol dire, una descrizione “relativistica”.

Per una piena comprensione del mondo nucleare ci è dunque necessaria una teoria che incorpori sia la teoria quantistica sia quella relativistica.

Finora questa teoria NON è stata trovata, e perciò non siamo ancora

pag. 92, op cit. :

riusciti a formulare una interpretazione completa e coerente.

Conosciamo certamente molti dati sulla struttura del nucleo degli atomi e sulle interazioni tra particelle nucleari, ma ciò nonostante non capiamo ancora, a livello fondamentale, la natura e la complicata forma delle forze nucleari. […]

Il fatto che la massa di una particella sia equivalente a una certa quantità di energia significa che la particella non può essere considerata come un “oggetto statico”, ma va intesa come una configurazione dinamica, un processo coinvolgente quell’energia che si manifesta come massa della particella stessa.

Questa nuova concezione  delle particelle fu introdotta da Dirac quando formulò una equazione relativistica che descriveva il comportamento degli elettroni.

La teoria di Dirac non solo ebbe uno straordinario successo nello spiegare la struttura fine dell’atomo, ma rivelò anche una simmetria fondamentale tra materia ed antimateria. Essa prevedeva l’esistenza di un anti-elettrone con la stessa massa dell’elettrone, ma con carica opposta.

pag. 93, op. cit. :

Questa particella carica positivamente, ora chamata positrone, fu in effetti scoperta 2 anni dopo la previsione di Dirac.

La simmetria tra materia ed anti-materia implica che per ogni particella esista un’antiparticella con massa uguale e carica opposta.

Se la energia a disposizione è sufficiente, possono crearsi coppie di particelle e antiparticelle, che a loro volta si trasformano in energia pura nel processo opposto di annichilazione.

Commento:

https://it.wikipedia.org/wiki/Produzione_di_coppia
come si legge al link precedente, serve una “configurazione idonea” affinché dalla energia si abbia materia ed antimateria (ad esempio nella fase detta della inflazione cosmologica nella teoria del big bang, oppure in una configurazione idonea come interagire con un target). Il fatto che molta antimateria sia disponibile con i raggi cosmici ci dice che la antimateria che pensiamo distrutta in realtà è solo accessibile alla nostra galassia se è frazionata a livello di scala sub atomico, poiché atomi e anti atomi si dovrebbero respingere. Da ciò la teoria delle “galassie di anti-materia” da cui ci pervengono elementi sub atomici nei raggi cosmici, oltre che dinamiche che influiscono nella espansione cosmologica.
NOTA BENE: non sempre lo scontro tra “MATERIA/antimateria” (sub atomica) è un processo di conversione completa al 100% in energia (stabilmente)! (come mostrato nella figura iniziale pag. 4 “An introduction to QFT” di Michael E. Peskin) Infatti nello scontro tra un elettrone ed un antielettrone sia l’elettrone può assorbire energia e trasformarsi in muone negativo, sia antielettrone può assorbire energia e trasformarsi in un muone positivo! Va notato che avere assorbito energia sia nella particella (e-) che nella antiparticella (e+) è equivalso ad un aumento di massa dopo la trasformazione in muone.

 

NOTA BENE (more info sui muoni che hanno vita breve):
http://www.roma1.infn.it/exp/webmqc/Il%20mistero%20dei%20muoni.pdf

 

 

 

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