Le quattro forze esistenti in natura. (http://www.ph.unimelb.edu.au/~dnj/teaching/160mag/4forcesnature.gif).

La forza di gravità è quella che ci è più familiare. E' stata descritta da Newton nella famosa legge di gravitazione universale, (vedi Approfondimento: "Ma se facessimo un buco fino ad arrivare al centro della Terra...?"), che ci dice che la forza di gravità e' una forza attrattiva tra due corpi aventi una certa massa e posti ad una certa distanza. Come capite bene pensando alla gravità, non si tratta di una forza di contatto: la Terra e la Luna si attraggono a vicenda ma i due corpi non sono in contatto. La gravità è una forza che inizia ad avere una certa importanza quando le masse dei corpi coinvolti nell'interazione sono piuttosto grandi ed è una forza che ha un range d'azione infinito, vale a dire agisce a distanze molto grandi. La gravità è la forza che determina la struttura delle galassie, dei buchi neri, delle orbite dei pianeti, dell'Universo tutto insomma. Einstein con la sua teoria della relatività generale ha rivoluzionato la visione classica della forza di gravità proponendo una descrizione più generale di quella di Newton...ma qui le cose diventano veramente difficili e cosi' vi lascio con l'enigma di cosa sia la geometria dello spazio-tempo della gravità di Einstein. Ricordatevi solo una cosa, i fisici hanno ipotizzato che la gravità venga trasmessa con delle particelle mediatrici che nessuno ha ancora osservato. Si chiamano gravitoni...se volete vincere il Nobel... iniziate a cercarli!
La forza elettromagnetica è la forza che agisce tra particelle cariche elettricamente, per esempio tra uno ione carico positivamente e uno carico negativamente. Come la gravità ha un range d'azione infinito ma può essere sia attrattiva (tra cariche di segno opposto) che repulsiva (tra cariche dello stesso segno). E' molto più forte della forza di gravità e interviene in molti fenomeni a noi ben noti: l'elettricità, il funzionamento di un televisore, di una pila, di un computer...e cosi' via. La luce, le microonde, i raggi X sono tutti esempi di radiazioni elettromagnetiche. La forza di attrazione elettromagnetica di 4 litri d'acqua sarebbe paragonabile a quella di attrazione gravitazionale della Terra! Ma dovete pensare che gli elettroni negli atomi sono solitamente insieme ai protoni, quindi la presenza di cariche opposte in un volume molto piccolo neutralizza la forza elettromagnetica netta, la quale entra in gioco quando ci sono cariche libere, positive o negative. Nell'Universo le stelle, i pianeti, i satelliti sono corpi globalmente neutri e quindi la forza elettromagnetica non ha molta importanza mentre è la forza gravitazionale che guida il moto di tutti i corpi nell'Universo. Le particelle che, diciamo così, "trasportano" la forza elettromagnetica si chiamano fotoni o quanti di luce. Quando un raggio di luce colpisce i nostri occhi sono i singoli fotoni che vengono percepiti dalle cellule fotosensibili della retina.

Caratteristiche delle quattro interazioni fondamentali. (Modificato da Wikipedia).

E infine parliamo delle interazioni nucleari debole e forte, che forse risultano per voi, al momento, le più difficili da capire. L'interazione debole o forza nucleare debole è responsabile di alcuni fenomeni che si chiamano decadimenti beta. Questi fenomeni si verificano durante i decadimenti radioattivi. Anche se al momento non avete mai sentito parlare di ciò, pensate che, in molti casi, quando si parla si sostanze radioattive si ha che fare con la forza nucleare debole.
I fisici hanno ormai dimostrato che le forze elettromagnetica e debole sono due aspetti della stessa interazione che oggi viene chiamata interazione o forza elettrodebole. Gli studi sull'interazione elettrodebole sono stati molto importanti per la comprensione di alcuni fenomeni relativi all'origine dell'Universo e hanno valso il premio Nobel anche ad un fisico italiano di nome Carlo Rubbia, direttore degli esperimenti al CERN di Ginevra che portarono nel 1983 alla scoperta dei bosoni W e Z, i mediatori della forza debole, predetti da tre grandi fisici del '900 anch'essi premi Nobel per la teoria elettrodebole: Sheldon Glashow, Steven Weinberg, and Abdus Salam.
La forza nucleare forte è invece quella che agisce all'interno dei nuclei degli atomi e che, per avere un'idea, tiene uniti i protoni e i neutroni all'interno del nucleo. Immaginate i protoni carichi positivamente che se ne devono stare uno vicino all'altro a milionesimi di miliardesimi di metro...invece di allontanarsi per la repulsione tra cariche opposte, vengono tenuti insieme dalla forza forte. La fisica delle particelle subnucleari è quella che si occupa della forza forte. Tra queste particelle subnucleari ci sono, per esempio, i quark, che in gruppi di tre formano neutroni e protoni.
Nella nostra esperienza quotidiana non abbiamo la possibilità di accorgerci dell'esistenza di queste forze nucleari. Se guardate la tabella sopra vi accorgerete infatti che agiscono a distanze per noi quasi inimmaginabili...e quindi, a meno che non vi appassionerete alla fisica tanto da studiarla all'università non ne sentirete molto parlare. Ricordate però che è un campo di studi estremamente affascinante che permette di capire sia l'Universo che la natura profonda della materia.
Cari ragazzi durante la gita all'INFN di Frascati avremo a che fare proprio con scienziati che studiano le "quattro forze"! Mi raccomando allora leggete bene questo approfondimento prima di partire!!!

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)