PDF Introduzione alla fisica delle particelle

Liceo Classico
San Vito di Cadore – BL
a. s. 2011 - 12
Lionello Bellotti
Cosa studia?
La fisica delle particelle affronta domande
sui componenti più elementari della
materia
 Chi sono?
 Come sono?
 Come interagiscono?
 Si dedica all’infinitamente piccolo,
poiché guarda i componenti subatomici …
Ma ciò che si scopre è utilizzato anche per
capire cosa è accaduto all’inizio del
nostro Universo e cosa in esso accade
tutt’ora. …
Circa 2500 anni fa i filosofi greci cominciarono a chiedersi:
“di cosa e’fatto il mondo?” e a cercare riposte usando la
logica anziché la religione
– Talete di Mileto (600 AC): acqua …
– Anassimene: aria …
– Pitagora: numeri …
–Eraclito: fuoco …
–Empedocle:
• Quattro elementi: Acqua, aria, terra, fuoco
Uniti o separati da forze “morali” (amore e odio)…
–Democrito (~400 AC):
• Tutto costituito da particelle invisibili e indivisibili: atomi
• Hanno peso e forma diversa e si combinano a formare nuove sostanze
• Domande:
–Esistono mattoni fondamentali?
–Quali sono i mattoni fondamentali?
–Come interagiscono?
–Come determinano le proprietà dell’Universo?
L'uomo è giunto a capire che la materia è in realtà un agglomerato di pochi elementi
fondamentali, che costituiscono tutto il mondo della natura.
•La parola"fondamentale"è una parola chiave:
–Per elementi fondamentali noi intendiamo oggetti che sono semplici e privi
di struttura interna (cioè non composti da qualcosa di più piccolo).
Ma come possiamo vedere
gli oggetti sempre più piccoli?
Osservazione visiva:
possiamo pensare alla
luce come costituita da
piccolissime palline:
una sorgente di luce
le ‘palline’ della luce urtano un oggetto
un certo numero di queste rimbalza e
raggiunge il nostro occhio
Quando l‟oggetto diventa troppo piccolo l’occhio non
basta più e dobbiamo usare altri strumenti
Usiamo la lente d’ingrandimento
Il microscopio
Il microscopio elettronico
 Il processo di “vedere” un oggetto e’ sempre lo stesso, basta
sostituire la parola luce con elettroni:
 una sorgente di elettroni
e
 Gli elettroni urtano un oggetto
bersagli
o
 Un certo numero di elettroni rimbalza e
raggiunge l’osservatore
rivelatore
 Ma il nostro occhio non può vedere gli elettroni, dobbiamo
usare un rivelatore di elettroni, ad esempio una lastra
fotografica.
Come Facciamo?
Come si e’ arrivati a
determinare la struttura interna della materia?
Analizziamo il metodo in figura:
una balla di fieno contiene un
pezzo di un prezioso metallo di
contrabbando, che dobbiamo
scoprire senza distruggere la balla
Possiamo usare un fucile ad aria
compressa di quelli che si
trovano al luna-park e spariamo a
caso nel fieno. Cosa succede?
Gli “urti” dei proiettili potrebbero avvenire, ad
esempio, in uno dei seguenti modi
Il nostro viaggio comincia in giardino.
Ogni volta il lato dell’immagine diminuirà
di 10 volte. Cominciamo da un lato di
1 metro (10º).
10
3
L'occhio della mosca è composto
Da centinaia di piccolissime
sfaccettature, come un favo di
miele.
10
4
L'occhio della mosca è composto
da centinaia di occhi più piccoli:
ogni sfaccettatura è una piccola
lente su uno strato di cellule
sensibili alla luce.
Questa foto è stata scattata con
un microscopio a elettroni.
10
5
Delle piccole setole poste fra una
sfaccettatura e l'altra forniscono
l'input sensoriale proveniente
dalla superficie dell'occhio
Al centro della cellula c’e’ una
molecola a spirale stretta denominata
DNA. Contiene il materiale genetico
necessario per duplicare la mosca.
Il DNA è una lunga catena fatta di
serie di 4 molecole di proteine.
L'atomo di carbonio,ingrediente
essenziale per la vita, è per lo
più fatto di spazio vuoto. Una
nube di sei elettroni, di carica
negativa , è in orbita attorno al
nucleo, di carica positiva.
Il rapporto di grandezze tra nucleo
ed atomo e’ lo stesso che c’e’ per
una pallina di golf (il nucleo)
al centro di un campo di calcio
(l’atomo).
Al centro dell'atomo di carbonio
c'è un nucleo composto da sei
protoni e sei neutroni. Il 99,95%
della massa dell'atomo è
concentrato in questo minuscolo
spazio.
Una persona di 60 Kg…
 e’ costituita, a livello di particelle elementari, da
31
Kg di neutroni
29
Kg di protoni
16
g di elettroni
I protoni e i neutroni nel nucleo
sono fatti da 3 quark. Qui finisce
L’attuale livello di conoscenze.
La fisica delle particelle studia
le interazioni tra i quark per
capire come si sono formate
le particelle all’inizio dell’Universo.
Ogni protone e ogni neutrone è
composto da 3 quark, I quali hanno
dimensione dell’ordine di 10-18 m
Le dimensioni di queste particelle sono
tali che “il fucile” necessario per porle in
evidenza deve essere estremamente
raffinato.
I quark e gli elettroni sono più piccoli di 10-18metri: – è possibile addirittura che
non abbiano dimensione
– E' possibile che i quark e gli elettroni non siano elementari?
Per fare questo cosa conviene
utilizzare?
bersaglio fisso (“con fucile”)
fasci che collidono
(più frequente negli
acceleratori di particelle)
L’energia si trasforma in materia
Negli urti ad altissima energia si creano nuove particelle,
che non esistono nella materia ordinaria sulla Terra. I
primi acceleratori di particelle furono realizzati per studiare
i costituenti più piccoli della materia.
Un fascio di particelle (elettroni, positroni, protoni, ioni,…)
che colpisce un bersaglio o collide con un altro fascio
produce reazioni nucleari, annichilazioni e crea nuove
particelle.
 La creazione di particelle e’ dovuta ad un processo di
trasformazione di energia in materia (E=mc2). Piu’ alta e’
l’energia a disposizione, piu’ grande e’ il numero di
particelle che si possono produrre.
Dobbiamo utiIizzare un potentissimo
microscopio : L’acceleratore di particelle
Il processo di “vedere” un oggetto e‟ sempre lo
stesso, basta sostituire la sorgente luminosa con
acceleratore di particelle:

In
un acceleratore di particelle le particelle urtano un
bersaglio. Un certo numero di queste sono deviate e
raggiungono un rivelatore
Il LINAC di DAFNE a Frascati
Rutherford (~1910) –bombardamento di particelle su bersaglio (foglio d’oro)
con particelle α
Proposto da Abdus Salam,
Glashow e Weinberg
Provato dagli esperimenti
al CERN
Confermati dagli
esperimenti in tutti
gli altri laboratori
Misura
del numero
delle famiglie
di particelle:
ce ne sono tre!
CORPUSCOLO – ONDA
Unità di misura
 La massa delle particelle (viste le loro dimensioni e l’equazione di Einstein
E=m c²) è misurata in
 elettronvolt (L = e V) = 1.6x10-19 Joules =
8 gr
 mm 


50.000.000.000  sec 
2
cioè l’energia cinetica acquistata da un elettrone libero quando è
accelerato da una d. d. p. elettrico di 1 volt, nel vuoto. Sono molto usati i suoi
multipli: keV = 103 eV
MeV= 106 eV
GeV= 109 eV
TeV= 1012 eV
 In queste unità, la massa di un elettrone è di 0,511 MeV, e quella di un protone
è di 938 MeV.
Nel Modello Standard esistono due generi di particelle:
–Particelle materiali: il Modello Standard sostiene che la
maggior parte delle particelle materiali finora conosciute è
composta di particelle più fondamentali (quark). C'è anche
un'altra classe di particelle materiali fondamentali, i leptoni
(un esempio è l'elettrone).
–Particelle mediatrici di forza: Ogni tipo di interazione
fondamentale agisce "mediante“ una particella mediatrice di
forza (un esempio è il fotone).
MATERIA E “FORZE”
Non 3 ma 6! Ci
sono 5 ordini di
grandezza fra la
massa del quark
più leggero (up)
e quello piu‟ più
pesante (top) ?
Se il quark up avesse le dimensioni di un‟anatra …
Le masse delle particelle elementari in MeV)
I leptoni sono sei:
–tre hanno carica elettrica
(negativa)
–tre non hanno carica elettrica
• Il leptone carico più conosciuto
è l'elettrone(e). Gli altri due
leptoni carichi sono il muone(μ) e
il tau (τ)
–Muone e tau sono repliche
dell‟elettone con massa più
grande
• I leptoni neutri si chiamano
neutrini:
– c‟e‟un neutrino corrispondente a
ogni leptone carico
–hanno massa molto piccola (ma
non nulla)
ADRONI
I singoli quarks:
– hanno cariche elettriche frazionarie
– non sono mai stati osservati direttamente
• Si riuniscono in gruppi di particelle dette
“adroni”:
– Le combinazioni dei quark possibili sono
tali che la somma totale delle cariche
elettriche sia un numero intero: due (qq =
mesoni) o tre (qqq = barioni)
• Ma c’è molto di più … per capirlo bisogna
introdurre le interazioni fra i quarkk
ANDIAMO A TAVOLA
(“clicka” sull‟immagine)
L’ultimo quark scoperto:Il
quark top
E’ il più massivo dei sei quarks: pesa quasi 200 protoni!
Viene prodotto molto raramente nelle collisioni anche
all’energia del Tevatron: una volta ogni dieci miliardi.
E’ prodotto in coppia con la sua antiparticella, per
interazione forte
Decade istantaneamente in un quark bottom e un
bosone W, emessi a grande energia.
Il quark b produce un fiotto di particelle collimate:
un jet di adroni.
Il bosone W può creare due quarks  due
addizionali jets, o un leptone e il corrispondente
neutrino.
I quarks non possono vivere liberi, a causa della
natura della forza forte. Se prodotti ad altissima
energia, i quarks frammentano in un gran
numero di adroni. Se ne può comunque
misurare l‟energia e la direzione studiando i
corpi prodotti (jet adronici)
Come sono fatti il protone e il neutrone?
se questo e‟ il quark up
se questo e‟ il quark down
protone
neutrone
Tutte le interazioni (o forze) che
riguardano le particelle materiali
sono dovute ad uno scambio di
mediatori di forza.
.• Quelle che noi chiamiamo
comunemente "forze" sono
gli effetti dei mediatori di
forza sulle particelle materiali.
• Ci sono quattro interazioni
(forze) tra le particelle:
–Gravità
–ElettroMagnetica
–Forte
–Debole
–
Forte
Elettromagnetica
Debole
Gravitazionale
Interazione forte
Alcune particelle ( i quark e i gluoni) hanno una carica di un nuovo
tipo: essa è stata chiamata carica di colore.
– Ogni quark può avere uno dei tre colori: rosso, blu o verde
• Tra particelle dotate di carica di colore l'interazione è molto forte,
tanto da meritarsi il nome di interazione forte.
–La sua particella mediatrice è stata chiamata gluone perchè
“incolla” i quark fra di loro L‟interazione forte, responsabile della
stabilità degli adroni, è descritta da una teoria chiamata
Cromodinamica Quantistica. I quarks interagiscono scambiandosi
particelle vettori della forza, otto gluoni
I gluoni non hanno massa, e scambiano il colore dei quarks (la loro
“carica”).
Una caratteristica dell‟interazione forte è che la sua energia
potenziale aumenta linearmente con la distanza, come quella di una
molla
Ne deriva che non si possono separare i quarks fra di loro!
Se infatti immaginiamo di “tirare” due quarks allontanandoli,
dobbiamo esercitare una sempre maggiore forza per separarli
Spendiamo dell‟energia che a un certo punto è sufficiente alla
creazione di due nuovi quarks, che si ricombinano con i
precedenti!
I protoni del nucleo, anche se con la stessa carica
elettrica, non si allontanano uno dall’altro per
l’interazione forte
interazione forte
ELETTROMAGNETICA
Molte delle forze che sperimentiamo ogni giorno sono dovute alle
interazioni elettromagnetiche nella materia: tengono assieme gli atomi
e i materiali solidi
–la carica elettrica (positiva/negativa) e il magnetismo(nord/sud) sono
diverse facce di una stessa interazione, l'elettromagnetismo.
–cariche opposte, per esempio un protone e un elettrone, si attirano,
mentre particelle con la stessa carica si respingono
La particella mediatrice dell'interazione
elettromagnetica si chiama fotone.
–In base alla loro energia, i fotoni sono distinti come:
raggi gamma, raggi x, luce(visibile), microonde, onde
radio, etc.
Interazione debole
L‟interazione debole è responsabile del
fatto che tutti i quark o leptoni decadono in
particelle di massa minore
• I mediatori dell‟interazione debole sonole
particelle: W+, W-e Z0
Interazione gravitazionale
I corpi che cadono, il moto dei pianeti…
Le generazioni della materia
• Quarks e leptoni organizzati in
tre“famiglie”:
– tutta la materia visibile nell’universo
e’costituita dalla prima generazione.
– Le particelle della 2a e 3a generazione
sono instabili e decadono in particelle
della 1°
• Ci sono altre generazioni?
–Non di questo tipo …
–Risultato sperimentale ottenuto al
CERN ……..
Antimateria
Per ogni particella (materia) c'è la
corrispondente antiparticella (antimateria).
– Un'antiparticella è identica alla sua particella sotto
ogni aspetto, tranne che per la carica, che è opposta.
Ad es.: elettrone e positrone
–Il protone ha carica elettrica positiva, e l'antiprotone ha
carica elettrica negativa; ma hanno la stessa identica
massa, perciò sono soggetti alla gravità nella stessa
identica maniera.
• Quando una particella e la sua antiparticella
si incontrano, si annichilano e generano
energia. Questa energia può dar vita a
particelle, mediatrici di forza, come fotoni,
bosoni Z
I quesiti di Gauguin
Da dove veniamo?
Che cosa siamo?
Dove andiamo?
Le grandi domande universali
 L’origine dell’universo?
domanda per un discorso diverso dal nostro …
 Come è nata la materia nell’universo?
come sono sopravissuti i nostri quark
 Come sono nate le strutture nell’universo?
fluttuazioni primordiali e materia oscura?
 Come è nata questa materia oscura?
Soltanto la fisica delle particelle può rispondere a
queste domande
Dai raggi cosmici fino
al CERN
Scoperti un secolo fa …
-
… i raggi
cosmici
producono
vari tipi di
particelle
elementari …
Il CERN, fondato nel 1954 per studiare le particelle
 I primi fasci di particelle (per gli studi di fisica
nucleare e sub nucleare) erano sorgenti naturali:
 Particelle alfa (emesse da sostanze radioattive),
o raggi cosmici.
La capacità di rompere le barriere elettrostatiche
intorno ai nuclei aumenta con l’energia: l’energia
massima delle particelle alfa (emesse da sostanze
radioattive) è di solo 10 MeV ( 1 MeV=1.6 x 10-13
Joule). I raggi cosmici, anche quando molto
energetici, non sono prevedibili: servono fasci di
particelle ad alta energia e ripetibilità per poter
svolgere degli studi sistematici.
I primi studi sugli acceleratori sono degli anni’20.
I primi acceleratori sono degli anni‘30
RAGGI COSMICI, RESI
EVIDENTI DA UN
DISPOSITIVO
Le grandi questioni aperte oltre
il Modello Standard
 Da dove vengono le masse delle particelle?
da un bosone di Higgs?
 Perché ci sono tanti tipi di particelle della materia?
LHC
LHC
LHC
(Enrico Fermi ad un proprio studente: “… ragazzo, se fossi stato in grado di
ricordare il nome di tutte queste particelle, sarei diventato un botanico. …”)
 Qual è la materia oscura proposta dagli astrofisici?
LHC
 Come unificare le forze fondamentali?
LHC
 Come fare una teoria quantistica della gravitazione?
LHC
GRAVITA‟
La forza gravitazionale è probabilmente la forza che ci è più familiare:
–non è compresa nel Modello Standard perché i suoi effetti sono piccolissimi nei
processi tra le particelle
•• Anche se la gravità agisce su
ogni cosa, è una forza molto
debole qualora le masse in gioco
siano piccole
• La particella mediatrice di forza
per la gravità si chiama gravitone:
la sua esistenza è prevista ma
non è ancora stata osservata.
GRAVITA‟? MASSA?
SALVIATI “ … più, io voglio far l’istesso s’ei mi sa insegnare chi
muova le parti della Terra in giù.
SIMPLICIO. La causa di questo effetto è notissima, e ciaschedun sa che
è la gravità.
SALVIATI. Voi errate, signor Simplicio; voi dovevi dire che ciaschedun sa ch’ella si
chiama gravità. Ma io non vi domando del nome, ma dell’essenza della cosa:
della cui essenza voi non sapete punto più di quello che voi sappiate dell’essenza del
movente le stelle in giro, eccettuatone il nome, che a questa è stato posto e fatto
familiare e domestico per la frequente esperienza che mille volte il giorno ne veggiamo;
ma non è che realmente noi intendiamo più, che principio o che virtù sia quella che
muove la pietra in giù, di quel che noi sappiamo chi la muova in su,
separata dal proiciente, o chi muova la Luna in giro, … “
G. Galilei
Alcune particelle hanno massa, altre no …
Da dove vengono
queste masse?
Newton:
Il peso è proporzionale alla massa
Einstein:
L’energia è equivalente alla massa
Ma non hanno spiegato
la massa!
Le masse sono dovute al bosone di Higgs?
(una particella chiave, PREVISTA E MAI OSSERV
Con gli sci si procede veloci:
Come una particella senza massa
ad es., un fotone = particella della
luce
Con le racchette da neve,
Si è più lenti:
come una particella con una massa
ad es., un elettrone
LHC cercherà
il fiocco di neve:
il bosone di Higgs
Con le scarpe si affonda nella neve
e si procede molto lentamente:
come una particella con una grande massa
Sulla neve, a volte, resta traccia del passaggio.
La storia dell‟universo finora
Il tempo
Lo spazio
300,000
anni
Nascita
degli atomi
3
minuti
Nascita
dei nuclei
1 microsecondo
Nascita
dei protoni
e neutroni
1 picosecondo
Nascita
della
materia oscura?
Nascita
della
Nascita
dei quark? massa?
La
materia
oscura
nell‟universo
D
ark
Matter in
the Universe
Gli astronomi ci dicono
A
stronom
ers tellparte
che
la maggior
us that
most
of the
della
materia
matter in the
nell’universo è
universe is
invisibile:
invisible
materia oscura
Particelle
supersimmetriche?
We will look for it
Le cercheremo con
with the LHC
l’LHC
Esiste la materia oscura?
 Si! Ad esempio la galassia a
spirale M31 (la nebulosa di
Andromeda) rivela la presenza
di materia oscura grazie al
moto dei bracci esterni, che
ruotano attorno al centro
galattico più rapidamente di
quanto ci si aspetterebbe se la
materia visibili della galassia
ne costituisse tutta la massa o
quasi.
 Una quantità di materia circa
10 volte maggiore si trova
probabilmente distribuita in
una sfera di materia oscura che
avvolge la parte luminosa.
Materia normale
Neutrini
Radiazione
di microonde
Materia oscura:
Energia oscura
Il „Modello Standard‟ dell‟universo
indicato dall‟astrofisica e dalla cosmologia
La materia oscura è supersimmetrica?
 La supersimmetria associa
le particelle della materia 
alle particelle che portano le interazioni
 Può spiegare la scala delle masse delle particelle
 La particella supersimmetrica più leggera sarebbe stabile?
con una massa minore di 1000 GeV
 Secondo i nostri calcoli, avrebbe una densità simile a quella
della materia oscura
Da cercare con gli esperimenti
Però la materia e l’antimateria non sono uguali ed opposte.
PERCHÈ?
Perchè l’universo contiene la materia
e non l’antimateria?
Gli esperimenti al CERN
ed altri laboratori cercano
risposte
Angeli o Demoni?
 Il CERN ha prodotto finora
migliaia di atomi di anti-idrogeno
 Sufficiente per accendere una lampadina elettrica per
qualche secondo:
inutile per lo Star Trek
 Il processo non è efficiente:
0.00000001% dell’energia è ritenuta
per l’antimateria
 Interessante per la ricerca pura
e la diagnosi medica (PET)
Vedere, ascoltare
Unificare le interazioni fondamentali:
il sogno di Einstein …
 … ma non ci é mai riuscito!
Forse ci sono dimensioni supplementari dello spazio?
Produzione di antimateria (con elettroni)
Sciame elettromagnetico
e-
Ogni elettrone del
“pacchetto”, emesso ad
alta energia, penetra
nella targhetta
Produzione di antimateria
Sciame elettromagnetico
la massa si converte
in energia (fotoni)
E=mc2

e
Produzione di antimateria
Sciame elettromagnetico
il fotone si converte
in un elettrone (e-) e
un positrone (e+)
e+

ee

e+
Produzione di antimateria
Sciame elettromagnetico
e+
e+


e+
+ee
e-

e+

e
e-

e+
e-

e-
e+
e
e+
e-
e+
e-
e+
e-
e+
e-

e
e
e-

e+
questo processo
si ripete e forma
uno sciame

e+
e-
e+
*Nota: con questo procedimento sono creati solo positroni, elettroni e fotoni
Produzione di antimateria (con protoni)
Sciame adronico
la particella (come il
protone) ad alta
energia penetra nel
mezzo e frattura il
nucleo atomico della
targhetta producendo
diverse particelle
K+
p
p
n
+
-
-
*Nota: con questa tecnica si può produrre una grande varietá di particelle
come, per esempio, p, n, , , , , 
Produzione di antimateria
Sciame adronico
K+
K+
p
K-
n


+
-
e


e
Queste particelle
possono essere
abbastanza
energetiche da
produrre nuove
fratture
Accelerazione dell’antimateria
LINAC per e-
LINAC per e+
Lente focheggiante
Alti campi magnetici
targhetta
Sorgente di positroni di DAFNE
Frascati
LHC Large Hadron Collider:
come rispondere alle domande di Gauguin
Frascati , 6 ottobre 2010
Jhon Ellis
(CERN & King‟s College, Londra)
Vista General
generale del
dell’LHC
degliExperimentos
esperimenti
Vista
LHC ye sus
100 m sotto la terra
27 km di circonferenza
Collisioni Protone-Protone
7 TeV +
7 TeV
1,000,000,000 di collisioni
ogni secondo
Obiettivi scientifici:
• L‟origine della massa
• La materia oscura
• Il plasma primordiale
• Materia contro antimateria
1 TeV = 1000 GeV
~ 1000 volte la massa del protone
L’LHC in numeri
Circonferenza dell’LHC = 26.6 km
Profondità ~ 100 metri
Temperatura = 1.9 gradi sopra lo zero assoluto
Energia = 7 TeV: energia di 5 mila miliardi di batterie AA
= 7000 volte la massa del protone
La velocità del protone = 0.999999991 la velocità della luce
Energia totale di un fascio ~ un aereo che vola
Ai punti di collisione, i fasci sono più stretti di un capello
Il conto: ~ 3 miliardi di Euro + il lavoro + gli esperimenti
La pressione nei tubi é 10 volte minore della pressione
atmosferica sulla superficie della luna
Più vuoto dello spazio interplanetario!
I magneti sono più freddi dello spazio
1,9°K sopra lo zero assoluto = - 271.3 gradi Celsius
la radiazione cosmica: 2.7 gradi sopra lo zero assoluto
Per studiare la struttura intima
della materia, abbiamo bisogno
di super-microscopi che
utilizzano particelle con energie
molto alte
I grandi acceleratori utilizzano gli
stessi principi del tubo catodico di
un (vecchio) televisore
Protone
7 TeV
Protone
7 TeV
Le particelle
sono accelerate da campi
elettrici e magnetici
ALICE: plasma primordiale
CMS: Higgs e supersimmetria
ATLAS: Higgs e supersimm
LHCb: Materia contro antimateria
L’esperimento ATLAS(clik):
ricerca del bosone di Higgs e della
supersimmetria
2500 fisici
164 istituti
Più leggero della torre Eiffel:
galleggerebbe nell’acqua
35 paesi
Diametro
Lunghezza dei magneti
Lunghezza totale
Peso totale
25 m
26 m
46 m
7000 Tonnelate
Produrre le collisioni desiderate non è semplice!
Esempio
~1010
~3.000.000 sec-1
e
e
N N
L
 f collisione 
 x y
1032 cm-2 s-1
15 m
2 mm

+
+
+ … ~ 10-29 cm2
frequenza degli eventi L=1000 eventi/sec
due fasci di 10 miliardi di particelle ciascuno, che si incrociano 3 milioni di volte al
secondo producono l’evento desiderato solo una volta ogni 3000 incroci!!!!
Ogni livello è ottimizzato per rivelare un tipo
particolare di particella (clik)
L’esperimento CMS:
ricerca del bosone di Higgs e della supersimmetria
Piu pesante della torre Eiffel:
affonderebbe nell’acqua
2000 fisici
180 istituti
37 paesi
Equivalente ad una temperatura
un miliardo di volte più alta
che nel centro del sole
Energia invisible trasportata da
particelle di materia oscura
Avvio di LHC:
il 10 settembre, 2008
Un miliardo di telespettatori hanno guardato!
Concentrazione,
ansietà …
… attesa e
20 novembre 2009: contentissimi!
101
E poi un difetto elettrico
La prima collisione ad alta energia
Niente Higgs !
Il bosone di
Higgs potrebbe
disintegrarsi
così …
… però avrebbe
una massa 1000
volte più grande!
Niente supersimmetria!
Non c’è molta energia invisibile …
Niente buchi neri!
Evento con molti jet
I fisici del mondo intero collaborano al CERN
L’LHC non è soltanto
un super-microscopio,
ma anche un telescopio,
una sfida tecnologica
ed un esperimento politico
PET (tomografia per emissione di positroni)
> 20.000 acceleratori nel mondo
cerca e studia i tumori: utilizza
più di 10.000 per la medicina
l’antimateria (positroni) con un isotopo
ad es., protoni per la terapia medica nucleare fabbricato da un acceleratore
Gli stati membri del CERN
Osservazione e
cooperazione
I primi
membri
La seconda ondata
Europa centrale
La cooperazione cresce
La prima installazione al CERN
La nascita del
World-Wide Web
Tim Berners-Lee l’inventore
Il primo download in California
1991
100.000 computer nel mondo intero
legati per analizzare i dati dell’LHC
Il Grid: ultimo sviluppo della computazione distribuita dal laboratorio dov’è nato il Web
Riferimenti – fontiJohn Ellis. LHC: come rispondere alle domande di Gauguin, CERN
Giorgio Chiarelli. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Pisa
Roberto Petronzio: relazione a “INCONTRI DI FISICA” presidente INFN
C. Biscari : relazione “Particelle” a “INCONTRI DI FISICA” presso INFN di Frascati
Responsabile della Divisione Acceleratori LNF-INFN
Materiali concessi da “INCONTRI DI FISICA” INFN – LABORATORI NAZIONALI
DI FRASCATI
Www.physicsmasterclasses.org
www. Cern.ch
P. Azzi - P. Checchia - E. Torassa
INFN
Ho inoltre attinto a diverse altre fonti delle quali, per mia disattenzione, non ho
registrato gli autori. Coloro che, nel presente lavoro, riconoscessero alcune delle
proprie diapositive e/o immagini e non si vedessero sopracitati hanno le mie scuse e
gratitudine.