Particella (fisica)

In fisica una particella è un costituente microscopico della materia. Le particelle si suddividono in elementari e non-elementari: le prime, descritte dal modello standard, sono considerate indivisibili, le seconde sono aggregati delle prime.

Un'altra classificazione avviene a partire dallo spin, che permette di distinguere due classi di particelle:

Bosoni, con spin intero
Fermioni, con spin semi-intero

I fermioni obbediscono al principio di esclusione di Pauli (due fermioni identici non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico) e seguono la statistica di Fermi-Dirac. I bosoni invece sono liberi di affollare lo stesso stato quantico e seguono la statistica di Bose-Einstein.

Anche quando dotate di massa, le particelle elementari sono spesso studiate e modellizzate come oggetti puntiformi.

Particelle elementari

Fermioni, divisi in due classi più le rispettive antiparticelle.

Leptoni, soggetti all'interazione debole ed elettromagnetica (se la carica è diversa da 0), suddivisi in tre famiglie, ad ognuna delle quali è associato un particolare neutrino:

Nome	Carica elettrica	Massa (GeV/c²)
Elettrone (e⁻, β⁻)	–1	0,000511
Neutrino elettronico (ν_e)	0	< 2,2×10⁻¹⁰
Muone (μ)	–1	0,1056
Neutrino muonico (ν_μ)	0	< 1,7×10⁻⁴
Tauone (τ)	–1	1,777
Neutrino tauonico (ν_τ)	0	< 0,0155

Quark, soggetti all'interazione forte e all'interazione elettrodebole:

Nome	Carica	Massa stimata (MeV/c²)
Quark up (u)	+2/3	da 1,7 a 3,3 ^[1]
Quark down (d)	-1/3	da 4,1 a 5,8 ^[1]
Quark strange / Sideways (s)	-1/3	da 80 a 130 ^[1]
Quark charm / Centre (c)	+2/3	da 1.160 a 1.340 ^[1]
Quark bottom / Beauty (b)	-1/3	da 4.150 a 4.220 (schema MS)^[2] da 4.620 a 4.680 (schema 1S)^[3]
Quark top / Truth (t)	+2/3	171.770 ± 380 ^[4]

Antileptoni (Stessa suddivisione dei leptoni)
Antiquark (Stessa suddivisione dei quark)

Bosoni, mediatori delle interazioni fondamentali:

Nome	Simbolo	Antiparticella	Carica	Spin	Massa (GeV/c²)	Interazioni	Forza mediata
Fotone	γ	se stesso	0	1	0	nucleare debole, elettromagnetica, gravitazionale	forza elettromagnetica
Bosone W	W⁺ / W^-	W^- / W⁺	±1	1	80,4	nucleare debole, elettromagnetica, gravitazionale	forza nucleare debole
Bosone Z	Z⁰	se stesso	0	1	91,2	nucleare debole, gravitazionale	forza nucleare debole
Gluone	g	se stesso	0	1	0	nucleare forte, gravitazionale	forza nucleare forte
Bosone di Higgs	H⁰	se stesso?	0	0	~125,5^[5]^[6]	elettrodebole, gravitazionale	-
Particella ipotetica Gravitone	G	se stesso?	0	2	0	gravitazionale	forza gravitazionale

Particelle non-elementari

Le particelle non elementari che compongono tutta la materia nota in natura sono:

Adroni, particelle soggette all'interazione forte che si ritiene siano composte di quark, antiquark e gluoni. Ne esistono di due tipi:^[7]
- Barioni, sono fermioni (spin semi-intero). Appartengono a questa categoria:
  - Nucleoni, barioni costituenti la materia ordinaria, composti da tre quark, appartenenti alla prima generazione:
    - Protone, composto da due quark up e un quark down.
    - Neutrone, composto da due quark down e un quark up.
  - Iperoni, tutte le altre combinazioni di tre quark o tre antiquark.
  - Barioni esotici, numero barionico ±1 ma composti da più di tre quark/antiquark.
    - Pentaquark, composti da cinque quark.
- Mesoni, bosoni (spin intero) composti da un quark e da un antiquark avente carica di colore opposta. Appartengono a questa categoria:
  - Mesoni pseudoscalari, caratterizzati da spin 0 e parità - (J^P=0⁻).
  - Mesoni vettori, caratterizzati da spin 1 e parità - (J^P=1⁻).
  - Tetraquark, mesoni esotici composti da quattro quark.
Atomi, composti da protoni e neutroni formanti il nucleo ed elettroni legati a esso dalla forza elettromagnetica.
Molecole, composte da atomi.

Teorie supersimmetriche

Secondo alcune teorie, dette supersimmetriche, per ogni particella elementare elencata sopra esiste un partner supersimmetrico. In particolare per un fermione il partner supersimmetrico è un bosone e viceversa. Esempi di queste particelle sono il fotino, il neutralino, il gravitino, oppure il selettrone, lo smuone, lo sneutrino e via dicendo. Tuttavia tali particelle sono solo speculazioni teoriche ed attualmente per esse non esistono riscontri sperimentali.

Note

^ ^a ^b ^c ^d K. Nakamura et al. (Particle Data Group), Review of Particle Physics: Quarks (PDF), in Journal of Physics G, vol. 37, 2010, p. 075021, DOI:10.1088/0954-3899/37/7A/075021.
^ M. Tanabashi et al. (Particle Data Group), Review of Particle Physics, in Physical Review D, vol. 98, n. 3, 2018, pp. 030001, Bibcode:2018PhRvD..98c0001T, DOI:10.1103/PhysRevD.98.030001.
^ J. Beringer (Particle Data Group), PDGLive Particle Summary 'Quarks (u, d, s, c, b, t, b', t', Free)' (PDF), su pdg.lbl.gov, Particle Data Group, 2012. URL consultato il 18 dicembre 2012 (archiviato dall'url originale il 12 maggio 2013).
^ Misurata con la più alta precisione di sempre la massa del Top Quark, dalla quale dipende la stabilità dell'Universo, in dday.it, 19 aprile 2022. URL consultato il 19 aprile 2022.
^ ATLAS experiment presents latest Higgs search status, CERN, 13 dicembre 2011. URL consultato il 13 dicembre 2011 (archiviato dall'url originale il 6 gennaio 2012).
^ CMS search for the Standard Model Higgs Boson in LHC data from 2010 and 2011, CERN, 13 dicembre 2011. URL consultato il 13 dicembre 2011.
^ Nell'elenco che segue vengono indicati solo i quark di valenza, che nella teoria del modello standard caratterizzano lo stato fondamentale di un barione. Ad esempio, in base alla energia totale posseduta da un barione, questa si può manifestare con la presenza, nella sua struttura interne, di coppie di quark-antiquark della stessa famiglia e anche di gluoni. Tutto questo però non altera le caratteristiche del barione quale ad esempio carica elettrica o numero barionico o carica di colore.

Bibliografia

(EN) G. t'Hooft. In Search of the Ultimate Building Blocks. Cambridge University Press, 2001. ISBN 978-0521578837
(EN) W. Noel Cottingham e Derek A. Greenwood. An Introduction to the Standard Model of Particle Physics. Londra, Cambridge University Press, 1999. ISBN 978-0521588324
(EN) F. Mandl e G. Shaw. Quantum Field Theory. ISBN 0471941867
(EN) Y. Hayato et al.. Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector. Physical Review Letters 83, 1529 (1999).
R. Oerter. La teoria del quasi tutto. Il Modello Standard, il trionfo non celebrato della fisica moderna. 2006
(EN) C. Amsler, et al.. Review of Particle Physics.