Materia ad alta energia

I raggi cosmici costituiscono un affascinante laboratorio per le alte energie, ma si tratta di un laboratorio nel quale è difficile lavorare. Le particelle dei raggi cosmici giungono imprevedibilmente, da tutte le direzioni e ricoprendo l'intera gamma di energie possibili.

Per studiare le collisioni tra particelle ad alta energia sotto condizioni maggiormente controllate, i fisici utilizzano laboratori come quelli del CERN, dove collisionatori di particelle ad alta energia simulano l'azione dei raggi cosmici nell'atmosfera. oggi questi esperimenti raggiungono energie che erano comuni nell'Universo solamente nei primi istanti della sua esistenza.

Esperimenti ad alte energie hanno rivelato nuove particelle fondamentali, che hanno vita troppo breve per poter essere facilmente identificate attraverso lo studio dei raggi cosmici. Una delle prime ad essere stata trovata fu una terza particella carica come l'elettrone, ma molto più pesante sia dell'elettrone che del muone. Questa nuova particella, chiamata tau, è 3550 volte più pesante dell'elettrone e ha una vita pari a un terzo di un milioneimo di un milionesimo di secondo (0.3 x 10^-12 s).

La particella tau può trasformarsi in un elettrone o in un muone, ma anche in una particella comosciuta come pione. in qualunque caso, il decadimento di una particella tau produce anche la controparte leggera, un neutrino tauonico.

Altre particelle pesanti prodotte in collisioni ad alta energia sono composte da quark, come i protoni. Ad ogni modo, queste particelle sono molto più pesanti perché costituite da quark pesanti, che possono essere prodotti solo ad alte energie. Esistono tre quark pesanti, chiamati "charm", "bottom" e "top", che portano il numero complessivo di quark a sei.

Diversamente dai quark più leggeri ("up", "down" e "strange") i tre quark pesanti sono addirittura più pesanti di alcune particelle composte, come i protoni. Il quark charm pesa una volta e mezza un protone, il quark bottom pesa fino a cinque volte tanto e un quark top ha una massa che è pari circa a 200 volte quella del protone.