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R. D’Inverno – Introduzione alla rela-tivit`a di Einstein. CLUEB, Bologna, 2001; pp. XIV + 486; 38.73
Viene prima di tutto data una rasse-gna della relativit`a speciale con l’introdu-zione del calcolo tensoriale che in seguito servir`a per la descrizione della relativit`a generale.
Per quest’ultima si parte dal ruolo dei principi quali quello di Mach, quello di equivalenza, quello di covarianza che han-no guidato Einstein alla sua fondamenta-le equazione. Si sottolinea questo aspet-to del modo in cui Einstein arriva alla sua equazione attraverso questi principi e con l’analogia della equazione di New-ton. Infatti solo in seguito verr`a data una derivazione di questa equazione at-traverso l’usuale modo cio`e specificando una lagrangiana da cui discende tutto il resto.
Si considera poi dettagliatamente il tensore energia-impulso la struttura del-le equazioni di campo, la soluzione di Schwarzschild e i tre famosi test sperimentali.
Si prosegue poi con la riflessione sulla singolarit`a di Schwarzschild e quindi vie-ne sviluppato il problema dei buchi vie-neri nel caso statico, il ponte di Einsten-Rosen e il diagramma di Penrose per passare poi ai buchi neri carichi e a quelli rotanti.
Vi `e anche un capitolo che tratta le equazioni di campo linearizzate e il problema delle onde gravitazionali.
Infine si parla della cosmologia con i
modelli d’universo a partire dal parados-so di Olbers e la cosmologia newtoniana per finire con il modello di Friedman, di de Sitter con un cenno finale al proble-ma della proble-massa proble-mancante, dell’inflazione e del principio antropico.
Vi sono anche un gran numero di eser-cizi alla fine capitolo che certamente sa-ranno utili agli studenti che affrontesa-ranno il problema della relativit`a.
V. de Sabbata
I. Ciufolini, V. Gorini, M. Moschel-la and P. Fr`e (Editors) – Gravi-tational Waves. IOP Publishing Ltd, Bristol and Philadelphia, 2001; pp. XIII + 412;£ 75.00
Si tratta di una collezione di lavori scaturiti da un Corso sponsorizzato dalla Societ`a Italiana di Relativit`a e Gravita-zione tenuto a Villa Olmo in Como. Vi si pu´o trovare una parte divisa in sei le-zioni che riguardano sorgenti e rivelato-ri, che comincia con la descrizione delle onde gravitazionali nella teoria lineariz-zata della relativit`a generale esaminando le propriet`a fondamentali della radiazio-ne gravitazionale quali la propagazioradiazio-ne, l’invarianza di gauge e l’interazione con la materia; si passa poi alla descrizione dei rivelatori, alle sorgenti astrofisiche, al
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principio variazionale per la relativit`a ge-nerale con l’aspetto quadrupolare della radiazione.
Vi `e una parte seconda dedicata ai ri-velatori risonanti, agli interferometri del tipo Michelson, a quelli proposti nella missione spaziale ESA NASA e anche alla rivelazione di onde gravitazionali scalari. Una terza parte `e rivolta allo studio delle onde gravitazionali stocastiche. Vi `e poi una quarta parte che riguarda essen-zialmente i progressi teorici sull’argomen-to delle onde gravitazionali che ha a che fare con le propriet`a di simmetria delle equazioni di Einstein nel vuoto quando la teoria `e ridotta da quattro a due dimen-sioni, con la cosmologia delle string e l’in-teressante problema degli effetti, osser-vabili in diversi modelli cosmologici ba-sati sull’idea dei cosidetti “scenari pre-big bang” della cosmologia delle string. In questa quarta parte trova posto an-che il problema del comportamento di un giroscopio nel campo di un’onda gra-vitazionale piana e quello di un calcolo post-Newtoniano dei sistemi binari.
Vi `e infine un capitolo sulla relativit`a numerica. Peccato che non vi sia nean-che un accenno all’importante problema della trasformazione di onde gravitazio-nali in onde elettromagnetiche e vicever-sa, con il rispettivo passaggio da gravi-toni a fogravi-toni e viceversa con la possibi-lit`a di verifiche sperimentali, ma comun-que un volume estremamente interessan-te da consigliare a tutti i cultori di questa materia.
V. de Sabbata
M. H. Han – Quarks and Gluons. A Century of Particle Charges. World Scientific, Singapore, London, Hong Kong, 1999; pp. X + 158.
L’autore si propone di effettuare un “viaggio verso l’origine della materia, de-gli oggetti pi`u piccoli di cui `e composta, e per estensione un viaggio verso l’origi-ne dell’universo. Usa un percorso qua-si storico e un linguaggio semplice, con molti esempi intuitivi interessanti; sotto-linea pi`u volte gli ordini di grandezza, in particolare delle dimensioni degli ogget-ti fondamentali, e dell’enorme numero di questi in ogni oggetto materiale.
Il libro `e costituito di un prologo, di 11 capitoli e di un epilogo.
Prologue: a century of particle physics – Lo studio della struttura pi`u profonda della materia e delle forze che vi agiscono ha avuto inizio con la scoper-ta dell’elettrone nel 1897 e del fotone nel 1900. Sono poi seguite tante scoperte che hanno portato all’attuale conoscenza del microcosmo.
1. The electron: the quantum of elec-tricity – L’elettrone ha dimensioni picco-lissime: “le sue dimensioni stanno a quel-le di una persona, come quel-le dimensioni di questa stanno alle dimensioni della no-stra Galassia”. L’elettrone `e una par-ticella comune, ma `e difficile descriverla come siamo abituati a farlo per i comuni oggetti materiali.
2. Mass:E = mc2 and all that – “La massa di un elettrone sta alla massa di una zanzara come la massa di questa sta alla massa del nostro Sole. Cos’`e la mas-sa di un corpo? Newton la intendeva come una misura della sua inerzia. Poi Einsten propose la pi`u famosa equazione della scienza: E = mc2, dove E indica l’energia edm la massa del corpo.
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3. The photon: no charge, no mass – Il fotone non ha massa, n`e carica elettri-ca; `e conosciuto con diversi nomi: luce vi-sibile, infrarosso, untravioletto, raggi X, raggi-gamma, ecc: “cambia di nome co-me pu`o cambiare un lungo viale, con una serie di nomi “locali. Ogni metro quadro di superficie terrestre `e investito da luce solare, corrispondente a 1021 fotoni per secondo!
4. The spin: if it’s round, it rolls – Le propriet`a principali di ogni particella elementare sono la sua massa, la sua cari-ca e il suo spin. Il termine spin fa venire in mente una trottola che gira su se stes-sa; ma questa rappresentazione mentale non `e facilmente applicabile all’elettrone che `e piccolissimo, quasi infinitesimo: che cosa gira? E se l’elettrone ha dimensio-ni piccole, ma non nulle: come mai non si rompe mentre gira? Anche il fotone ha uno spin; ed `e ancora pi`u difficile vi-sualizzare il moto rotatorio su se stesso di una particella che non ha n`e massa n`e ca-rica. Per un elettrone un suo aspetto che deriva dal suo spin `e quello di una pic-cola calamita, che pu`o orientarsi in due direzioni opposte.
5. Antimatter: a mirror image – Ne-gli anni ’20 i fisici teorici cercarono di mettere in un unico quadro la relativit`a e la meccanica quantistica. Il tentativo di Dirac portava alla predizione dell’antie-lettrone, una particella che doveva esse-re un “mirror image” dell’elettrone: stes-sa masstes-sa, stesso spin, ma carica elettrica opposta.
Fu trovata pochi anni dopo nei raggi cosmici, dove furono poi osservate altre antiparticelle. Si `e poi visto che `e facile produrre antiparticelle tramite accelera-tori; ma `e difficile tenere un’antiparticella perch`e appena essa incontra un pezzo di
materia normale si annichila con un suo costituente.
Non vi `e quindi attorno a noi un pezzo di antimateria, di “antipane”, ecc.
6. The nucleus: a whole new ball ga-me – Agli inizi degli anni ’30 la cono-scenza dell’atomo era ormai completa; ci fu un cambiamento di interesse che port`o all’inizio della fisica nucleare. Lo studio del piccolo “sole” al centro di ogni ato-mo mise in evidenza un “ato-mondo” diverso da quelli gi`a studiati; qui giocano un ruo-lo fondamentale il protone e il neutrone (scoperto nel ’32). Divenne anche chiaro che occorreva studiare due nuovi tipi di forze: l’interazione nucleare forte e quella debole.
7. The strong force: nucleons – La for-za nucleare forte tiene insieme protoni e neutroni per formare i nuclei ed agisce solo entro di loro, per distanze molto pic-cole. L’elettrone e il fotone non risento-no della forza nucleare forte. Fu quin-di inventata una nuova carica, la cari-ca nucleare forte, posseduta da protoni e neutroni.
8. The weak force: a whisper in the night – “C’`e una debolissima forza che si nasconde entro i nuclei; essa `e capace di trasformare protoni e neutroni fra loro, causando una trasmutazione nucleare e creando una coppia di leptoni (un elettro-ne e un antielettro-neutrino oppure un positroelettro-ne e un neutrino).”
9. The strong force II: hadrons – Nel-la seconda met`a del ’900 furono scoperti molti adroni e si sono accumulate eviden-ze che essi non sono oggetti elementari, ma sono costituiti da oggetti molto pi`u piccoli.
10. The quark: the queen of fractions – Alla fine degli anni ’60 divenne chiaro che protoni e neutroni sono composti di tre quark, oggetti fondamentali
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simi dotati di carica elettrica frazionaria. Ma sembra che non saremo mai in grado di misurare direttamente le loro propriet`a perch`e non vi sono quark liberi!
11. The origin of quarks and gluons – Per spiegare la forza tra quark fu inventa-ta una nuova “carica”, la “carica di colo-re”, che solo i quark possiedono; essa ap-pare in tre “colori diversi: rosso, verde e blu”. Un protone `e costituito di tre quark di colore diverso, di modo che `e incolore. La forza forte ha i suoi “quanti, i gluo-ni, che sono continuamente scambiati fra quark. In questo quadro la forza nucleare forte `e una forza molto complicata.
Epilogue: more quarks, more leptons and more charges – Tramite acceleratori
sempre pi`u grandi `e stato possibile creare artificialmente nuove particelle, che deca-dono tutte rapidamente. Per spiegarle si sono ipotizzati nuovi quark e nuovi lep-toni, in totale sei quark e sei leplep-toni, rag-gruppabili in tre “famiglie” diverse. Il cosidetto Modello Standard del microco-smo compendia la nostra conoscenza in questo campo.
In conclusione, il libro `e un interes-sante strumento divulgativo di qualit`a; pu`o certamente essere utile per la cultura generale dei giovani e come ausilio, anche storico, per studenti del Corso di Laurea in Fisica.
