Il primo muone non si scorda mai

Un'indagine sui segreti della fisica delle particelle

di William Giroldini. I muoni sono particelle elementari prodotte dai raggi cosmici nell’alta atmosfera terrestre.

Marcela Carena è una fisica delle particelle che lavora al Fermi National Accelerator Laboratory a Batavia, negli Stati Uniti, e professoressa di Fisica alla Università di Chicago. Una donna che svolge con passione e competenza un lavoro che di solito riguarda gli uomini.

Marcela Carena, fisica teorica presso il National Accelerator Laboratory di Fermi.

“La mia storia d’amore con la fisica è iniziata quando ero bambina e ammiravo con stupore la Via Lactea nel cielo scuro e profondo della Pampa argentina in cui sono cresciuta”, racconta sul numero di dicembre 2021 di Le Scienze. “La stessa meraviglia continua a riempirmi tuttora. Il mio lavoro come fisica delle particelle consiste nell’indagare di che cosa è fatto l’universo, come funziona e come ha avuto inizio”.

La scoperta dei muoni
In particolare Marcela Carena si occupa attualmente di indagare su strane particelle chiamate “muoni” scoperte da Anderson e  Neddermeyer nel 1936 mentre studiavano i raggi cosmici.

I muoni sono prodotti in abbondanza dai raggi cosmici nell’alta atmosfera terrestre. Basti pensare che ogni minuto 10mila muoni attraversano il nostro corpo.

Queste particelle hanno proprietà molto simili al più noto elettrone, ma hanno una massa 207 volte più grande. Inoltre, a differenza dell’elettrone (particella stabile) i muoni non sono stabili. Per esempio, un muone con carica negativa decade velocemente in un elettrone, un antineutrino elettronico e un neutrino muonico.

Imponenti studi in tutto il mondo

Il primo muone non si scorda mai
Cascata di muoni.

Il muone è oggetto di imponenti studi presso diversi laboratori di fisica in tutto il mondo perché il modo con cui decade, e tutte le sue altre proprietà ci permettono di comprendere meglio il cosiddetto Modello Standard cioè una teoria che descrive le proprietà più profonde della materia.

Per esempio, noi stessi, la Terra, il Sole e tutte le stelle e le galassie sono fatte dalle stesse tre particelle elementari: elettroni, quark up e quark down. Questi ultimi due formano (a gruppi di tre) i protoni ed i neutroni, che a loro volta formano i nuclei degli atomi, che costituiscono la materia di cui siamo fatti.

La luce delle stelle, e quella che vediamo coi nostri occhi, è il risultato della forza elettromagnetica che agisce fra protoni ed elettroni, mentre il calore liberato dal Sole e da tutte le stelle deriva dalla forza chiamata “forte” e “debole” che agisce sui protoni e neutroni per farli fondere insieme.

Materia oscura, il mistero continua
Insomma, tutto ciò che siamo e che vediamo nel vasto universo, deriva dalle proprietà di particelle che i fisici studiano da molti anni. Ma nonostante il Modello Standard sia in grado di descrivere con accuratezza le interazioni fra le varie particelle, grandi misteri restano aperti.

Per esempio il Modello Standard non spiega la cosiddetta materia oscura” che sembra costituire l’85% di tutta la materia dell’Universo. Inoltre non spiega la forza gravitazionale, che tiene insieme stelle e galassie e pianeti, e noi stessi “attaccati” alla Terra anziché fluttuare in cielo senza peso.

I fisici, compresa Marcela Carena, studiano con grande passione questi grandi misteri per cercare di sviluppare un modello della realtà che spieghi adeguatamente anche questi aspetti ancora inesplicati del Modello Standard.

Il mondo quasi irreale delle particelle invisibili

Il primo muone non si scorda mai
Il Fermi National Accelerator Laboratory

Può sembrare che ciò di cui si occupano i fisici delle particelle sia lontano dal mondo concreto della vita di tutti i giorni: un mondo quasi irreale fatto di particelle invisibili, la cui presenza viene “catturata” solo da sofisticati e costosissimi strumenti quali acceleratori (al CERN di Ginevra, in Svizzera) oppure sotto il Gran Sasso e in decine di altri laboratori in USA, Russia, Cina etc.

Invece, la nostra realtà fisica quotidiana dipende in maniera decisiva da queste poche particelle, e quattro forze fondamentali (elettromagnetica, forte, debole e gravitazionale).

Comprendere l’origine e le proprietà del nostro universo è quindi un aspetto molto importante del nostro istinto irrinunciabile a voler comprendere le ragioni della nostra stessa esistenza, e del perché esiste un mondo con le proprietà che osserviamo.

Le applicazioni pratiche dei muoni
Rendiamo quindi omaggio a tutte le donne e agli uomini che dedicano la loro vita a comprendere perché siamo qui, in questo mondo strano, folle e meraviglioso.
Ma ora chiediamoci: esistono applicazioni pratiche circa i nostri cari muoni? Ebbene la risposta è si!

Il primo muone non si scorda maiA differenza degli elettroni (assorbiti dalle rocce dopo pochi centimetri) i muoni, grazie alla loro massa, possono attraversare centinaia di metri di pietra prima di essere assorbiti.

Così come coi raggi X possiamo vedere all’interno di piccoli oggetti od ottenere immagini del nostro scheletro, coi muoni possiamo vedere l’interno di oggetti molto più grandi come vulcani o piramidi.
Il maggiore o minore numero di muoni che si rileva (dopo avere attraversato la struttura) permette infatti di dire se l’oggetto attraversato è fatto solo di pietra oppure contiene anche qualche cavità.

In questo modo sono tenuti sotto controllo attualmente diversi vulcani, fra cui il Vesuvio, ed è stato possibile scoprire una cavità segreta all’interno della piramide di Cheope.
Ecco come una particella invisibile ai nostri occhi (ma non agli strumenti) può avere applicazioni importanti neppure immaginabili quando fu scoperta nel 1936.

L’immagine di copertina è di Gerd Altmann da Pixabay.

Per saperne di più:
Per altre informazioni sul muone: Wikipedia

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William Giroldini
Laureato in Chimica, sviluppatore software ed elettronica, da almeno 30 anni si interessa di Ricerca Psichica con particolare attenzione allo studio della Telepatia e Psicocinesi utilizzando tecniche Elettro-Encefalografiche. Autore di numerose ricerche pubblicate anche su riviste scientifiche internazionali. Direttore Scientifico di AISM (Ass. Italiana Scientifica di Metapsichica).