Che le particelle siano strane non è proprio una novità. Ad esempio, si comportano (in un certo senso) come se girassero come una trottola. Però non si stanno muovendo affatto. E anche se lo facessero, a provare ad immaginare come lo fanno probabilmente ci si scioglierebbe il cervello, tanto è inconcepibile. Fortunatamente c’è però una proprietà che misura questo trottolare (anche se nulla si sta muovendo) e si chiama “spin”.

Alcune particelle si comportano allo stesso modo, non importa come le ruotiamo: quelle hanno spin 0. Altre ci si accorge quando vengono ruotate, e tornano esattamente uguali dopo un giro completo, come una trottola, hanno spin 1. Altre ancora tornano uguali dopo solo mezzo giro (quindi nient’affatto come una trottola): hanno spin 2. E così via.

La prima sfera è come una particella di spin 0 ed è sempre uguale, indipendentemente da quanto la si ruota, la seconda è come avesse spin 1 e torna uguale ruotandola di un giro completo, la terza torna uguale dopo mezzo giro, come una particella di spin 2.

Ma alcune particelle hanno tutto un altro livello di stranezza: sono particelle di spin 1/2, che tornano le stesse solo dopo aver fatto due giri completi. Tutti gli elettroni, i protoni e i neutroni in tutti gli atomi, tutti i quark ovunque nell’universo hanno spin 1/2.

Questo gruppo di particelle sono i fermioni. Una regola della meccanica quantistica, chiamata principio di esclusione, dice che due fermioni non possono mai essere esattamente nello stesso stato quantistico. Questo è quello che impedisce agli atomi di sciogliersi nel caos. In fondo, il principio di esclusione è il filo che tiene l’ordine dell’universo sospeso su un baratro di particelle indistinguibili.

Questa si può chiamare una sorgente a base di fermioni di radiazione di bosoni. Credit: pexels/pixabay

Le particelle con spin intero (0, 1, …) non hanno questa seccatura. Possono attraversare il mondo quantistico fregandosene di quello che fanno le loro sorelle. Se diversi fotoni (spin 1) uscissero contemporaneamente da un laser infinitamente piccolo sarebbero esattamente nello stesso stato quantistico.

I fotoni non escono da un laser esattamente allo stesso tempo, e non sono proprio nello stesso identico posto. Ma in linea di principio potrebbero esserlo, i fermioni no. CC-BY-SA Andrea Pacelli/flickr

Questo gruppo di particelle sono i bosoni. Il loro mestiere spesso è colpire altre particelle, facendo loro “sentire” un’interazione. I fotoni trasportano interazioni elettromagnetiche, il bosone di Higgs comunica il meccanismo di Higgs, che dà massa alle particelle, come spiega in questo video Don Lincoln del Fermilab (un po’ datato, ma comunque accurato).

Se, invece che con uno di questi “campi”, le particelle interagiscono tra loro, si scambiano bosoni “virtuali”, che vivono pochissimo, ma quella è un’altra storia.

E quindi, se ve lo state chiedendo, ognuno di noi è 0% bosoni.

Per saperne di più
  • Il grande Veritasium ha fatto un bel video spiegando meglio cos’è lo spin.

Cover photo: CC0 Pexels/Pixabay

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