La fisica delle Particelle

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La Fisica delle Particelle /23 ATLAS-ITK-Lecce

La fisica delle Particelle

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... alla scoperta dei costituenti fondamentali della natura

Gabriele Chiodini

Istituto Nazionale di Fiisca Nucleare (INFN) sezione di Lecce

e

Dipartimento di Fisica-Matematica “Ennio de Giorgi”

17-20 Febbraio 2019 - 30 ore - Liceo Scientifico “De Sanctis-Galilei” Manduria

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Il più potente acceleratore di particelle 

LHC al CERN di Ginevra

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LHC accelera fasci di protoni accelerati 13 milamiliardi di Volt e li fa collidere uno

contro l’altro in 4 punti lungo l’anello dove sono situati 4 esperimenti giganteschi

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Il più potente acceleratore di particelle 

Quattro esperimenti sotteranei

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Il più potente acceleratore di particelle 

Potenziamento di un fattore 10 nel numero di collisioni nel 2026

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Particelle create in una interazione protone-protone ad LHC ogni 25 ns cioe’ 40 milioni di volte in un secondo.

Collisioni attuali Collisioni nel 2026

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Cosa significa creare nuove particelle?

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Scarica elettrica: estrae elettroni e ioni da materiali isolanti

Collisione ad alta energia:  

materializza particelle dal “vuoto”

I materiali sono costituiti da elettroni e ioni

Il vuoto e’ costituito da particelle “virtuali”

E=mc²

In entrambi i processi un’elevata quantita’ di energia e’ liberata in un piccolo spazio

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Il vuoto quantistico è pieno

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Il vuoto in realtà è pieno di particelle virtuali che vivono per un tempo brevissimo

L’ e s i s t e n z a d e l l e

particelle virtuali è

s t a t a d i m o s t r a t a

m i s u r a n d o l a

pressione esercitata su

due piatti nel vuoto

(effetto Casimir).

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Fluttuazioni quantistiche del vuoto

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Collisioni Fluttuazione

del vuoto

Massa eﬀettiva di una particella

Contributo

particelle virtuali

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Le particelle elementari

8 elettrone

fotone gluone

10^-3m

10^-9m

10^-10m

10^-15m

< 10^-18m

goccia d ’acqua

molecola d’acqua

atomo di idrogeno

protone

quark

?

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Le forze fondamentali

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Elettromagnetica (FOTONE) Nucleare forte (GLUONE)

Nucleare debole (BOSONE INTERMEDIO)

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Il trionfo del modello standard 

Scoperta del bosone di Higgs al CERN di Ginevra

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Il 5 aprile 2012 gli esperimenti ATLAS e CMS annunciano la scoperta del bosone di Higgs la cui esistenza era stata predetta nel 1964 da Peter Higgs e François Englert (insigniti del premio nobel della fisica nel 2013)

Il campo di Higgs genera la massa (INERZIA) di tutte

le particelle

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La Fisica delle Particelle /23 ATLAS-ITK-Lecce 11

Il campo di Higgs è come una mare che riempie tutto l’universo

Le particelle dovendo muoversi in

questa “melassa” acquistano una massa

apparente che è quella che osserviamo

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Il bosone di Higgs …

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… come descritto dai fisici teorici

… come visto dai fisici sperimentali

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Il trionfo del teoria della relatività generale

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La teoria della relatività generale di Einstein descrive la gravità

come una forza “apparente” dovuta alla curvatura dello spazio e

del tempo causata dalla presenze di masse.

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La rivelazione delle onde gravitazionali

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Rivelazione diretta delle

onde gravitazionali

generate dalla fusione di

due buchi neri o due

stelle di neutroni con gli

interferometri a due

bracci LIGO 1 e 2

(USA) e VIRGO (IT)

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L’onda gravitazionale vista dai fisici sperimentali

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I misteri del 21 ⁰ secolo

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Rimangono profondi misteri di cui non abbiamo nessun chiaro indirizzo dove guardare

1.Di cosa e’ fatto l’universo?  

2.Perchè l’universo è fatto solo di materia mentre negli acceleratori si produce materia ed antimateria in equal misura?

3.La forza di gravita’ che ruola gioca nella teoria delle particelle e delle forze fondamentali della natura?

5.Perche’ le particelle compaiono in tre famiglie?

7.Le particelle note sono veramente elementari?

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Di cosa è fatto l’universo

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Materia ordinaria Materia oscura

Energia oscura

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Chi ha ordinate tutte queste particelle?

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+ antiparticelle

La materia

ordinaria è fatta solo da due tipi di quark, u e d, e un tipo di

leptone,

l’elettrone.

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Gli acceleratori sono il nuovo

“ microscopio”

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p

Acceleratore   di particelle

Rivelatore di particelle

Quark top = 10^-17 m

Energia  

=10¹²V PC

Luce naturale Microscopio

Occhio umano

Cellula = 10^-6 m

Potere risolutivo  

= 1/Energia Energia =1V

Cervello umano

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L’esperimento ATLAS

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ATLAS è l’esperimento più grande di LHC ed è installato in una delle 4 zone di

collisione dei fasci per cercare nuove particelle e forze fondamentali della natura

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I rivelatori di ATLAS

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p p

B muoni

fotoni elettroni adroni

Particelle cariche

B

Struttura a cipolla dove ogni strato corrisponde ad un diverso rivelatore al fine di fotografare i prodotti di collisione protone-protone.

Tracciatore Calorimetro

elettromagnetico Calorimetro

adronico

Rivelatore di

muoni

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La selezione degli eventi interessanti

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800 milioni di collisioni al

secondo. Solo una decina con

“lampi” interessanti.

E’ come cercare un

ago in un pagliaio.

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Calcolatori e programmi software

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