IL CERN DESCRITTO AGLI STUDENTI DA UNO STUDENTE Laura SCURI Liceo Classico “L. Costa” La Spezia Laura Scuri 1 Cominciamo a capire l’acronimo per capire di cosa si parla: CERN = Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare L’acronimo è stato generato dalla dizione in francese alla alla stipula della Convenzione di Parigi del 1954 : Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Laura Scuri 2 Cominciamo a capire l’acronimo per capire di cosa si parla: CERN = Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare L’acronimo è stato generato dalla dizione in francese alla alla stipula della Convenzione di Parigi del 1954 : Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Le strutture si sono sviluppate dall’origine ad oggi a cavallo del confine tra il dipartimento francese dell’Ain (regione Rhone-Alpes) e il cantone di Ginevra che fa parte della Svizzera Romanda (in cui si parla il francese). Laura Scuri 3 Cominciamo a capire l’acronimo per capire di cosa si parla: CERN = Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare L’acronimo è stato generato dalla dizione in francese alla alla stipula della Convenzione di Parigi del 1954 : Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Le strutture si sono sviluppate dall’origine (1954) ad oggi a cavallo del confine tra il dipartimento francese dell’Ain (regione Rhone-Alpes) e il cantone di Ginevra che fa parte della Svizzera Romanda (in cui si parla il francese). Non si fraintenda il significato dell’aggettivo nucleare ! Nulla a che vedere con impianti industriali per uso civile (centrali) o militare (armi)! Secondo lo statuto del CERN, tutte le attività sono finalizzate alla ricerca scientifica sulle interazioni nucleari e subnucleari e allo sviluppo tecnologico ad esse connesso. Laura Scuri 4 Cominciamo a capire l’acronimo per capire di cosa si parla: CERN = Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare L’acronimo è stato generato dalla dizione in francese alla alla stipula della Convenzione di Parigi del 1954 : Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Le strutture si sono sviluppate dall’origine (1954) ad oggi a cavallo del confine tra il dipartimento francese dell’Ain (regione Rhone-Alpes) e il cantone di Ginevra che fa parte della Svizzera Romanda (in cui si parla il francese). Non si fraintenda il significato dell’aggettivo nucleare ! Nulla a che vedere con impianti industriali per uso civile (centrali) o militare (armi)! Secondo lo statuto del CERN, tutte le attività sono finalizzate alla ricerca scientifica sulle interazioni nucleari e subnucleari e allo sviluppo tecnologico ad esse connesso. In sostanza: si studiano proprietà delle interazioni tra i nucleoni, neutroni e protoni, delle interazioni tra i quark, componenti dei nucleoni, e, più in generale, le proprietà fisiche di tutte le particelle elementari che costituiscono la materia (e l’antimateria). Laura Scuri 5 La storia del CERN: entusiasmo, innovazione e risultati da premio Nobel Elencate qui le date più importanti; per un maggiore dettaglio si veda l’appendice 1954 : Viene firmata la convenzione per il CERN, aderiscono 12 Paesi tra cui l’Italia 1968 : invenzione delle camere proporzionali (Georges Charpak, premio Nobel 1992), una svolta nella tecnica di rivelazione delle particelle cariche. 1984 : evidenza diretta dell’esistenza dei bosoni intermedi (C. Rubbia, premio Nobel 1986) 1990 : Tim Berners-Lee della Computing Division del CERN, inventa il Web 1995 : prodotto per la prima volta anti-idrogeno (antimateria) in laboratorio 2008 : inizia l’era della presa dati con LHC; oggi, 3.5 TeV per fascio (3.5 Tera eV = 3,5 x 1012 eV) (1 eV è l’energia tipica di un quanto di luce, fotone, nella regione spettrale visibile) Niente paura! La densità di energia a LHC è circa 1 x 1020 Joules per m3; per far collassare una stella (origine di un buco nero) occorre una densità di 2 x 1036 Joules per m3 6 La storia recente determina la “geografia” del CERN I 12 Paesi firmatari della convenzione per la costituzione del CERN (1954) Laura Scuri 7 La storia recente determina la “geografia” del CERN I 12 Paesi firmatari della convenzione per la costituzione del CERN (1954) Si noti la presenza della ora dissolta Federazione Jugoslava, unico paese dell’ ex blocco sovietico; uscita nel 1961 per gli effetti della guerra fredda Laura Scuri 8 La storia recente determina la “geografia” del CERN I 12 Paesi firmatari della convenzione per la costituzione del CERN (1954) Si noti la presenza della ora dissolta Federazione Jugoslava, unico paese dell’ ex blocco sovietico; uscita nel 1961 per gli effetti della guerra fredda Laura Scuri 21 Paesi, attualmente membri, contribuiscono al budget totale di poco più di 1 miliardo di Euro. L’Italia, 4o contribuente, partecipa con ca 130 Mil. 9 La storia recente determina la “geografia” del CERN I 12 Paesi firmatari della convenzione per la costituzione del CERN (1954) Si noti la presenza della ora dissolta Federazione Jugoslava, unico paese dell’ ex blocco sovietico; uscita nel 1961 per gli effetti della guerra fredda Laura Scuri 21 Paesi, attualmente membri, contribuiscono al budget totale di poco più di 1 miliardo di Euro. L’Italia, 4o contribuente, partecipa con ca 130 Mil. La Spagna entrò nel 1961, uscì nel 1969, rientrò nel 1983 dopo la caduta del regime franchista. I Paesi dell’est Europa sono entrati a partire dal 1991, dopo la caduta del muro di Berlino (1989) 10 Localizziamo il CERN Laura Scuri 11 Localizziamo il CERN Lago Lemano Monti Jura Laura Scuri 12 Localizziamo il CERN Lago Lemano Monti Jura LHC 9 Km Laura Scuri 13 Localizziamo il CERN Lago Lemano Monti Jura LHC 9 Km SPS iniettore di LHC Laura Scuri 14 Localizziamo il CERN Lago Lemano Monti Jura LHC 9 Km SPS iniettore di LHC Sito principale dei laboratori (Meyrin) Laura Scuri 15 Elementi costitutivi di una macchina acceleratrice - Un tubo a vuoto, circolare, per gudagnare spazio; ci vogliono molti cicli=giri per trasferire energia alle particelle (accelerazione). Il vuoto serve ad evitare che le particelle (cariche) accelerate collidano con le molecole di gas residuo e vengano così assorbite o disperse fuori dall’orbita - Una serie di dipoli (magneti) che guidano le particelle carche su una traiettoria circolare N S - Una serie di qudrupoli (magneti) che focalizzano i fasci di particelle; i qudrupoli servono per: N S a) mantenere compatto il pacchetto (ingl. “bunch”) di particelle di uguale carica che tenderebbero ad allontanarsi per effetto S N della repulsione elettrostatica (legge di Coulomb) b) deviare (di pochissimo) le particelle dalla traiettoria curvilinea per fare collidere fasci circolanti in opposta direzione nei cosiddetti “punti di interazione” - Una serie di cavità risonanti con campo elettrico variabile ad alta frequenza (GHz) che accelerano le particelle Laura Scuri 16 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto LHC PS Laura Scuri Booster = iniettore LHC = Large Hadron Collider SPS = Super Proton Synchrotron PS = Proton Synchroton 17 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 18 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Booster = iniettore Laura Scuri 19 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 20 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 21 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 22 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 23 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 24 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 25 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 26 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 27 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 28 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 29 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 30 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 31 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 32 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 33 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 34 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 35 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 36 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 37 ACCELERAZIONE E COLLISIONE ALICE, ATLAS, CMS e LHCb sono i nomi degli esperimenti attualmente in presa dati al CERN I rivelatori di particelle di ciascun esperimento sono installati nei punti di interazione dei fasci di protoni che circolano in senso opposto Laura Scuri Booster = iniettore 38 Tutto sotto terra ! Gli esperimenti, in apposite caverne, e le macchine acceleratrici, in apposite gallerie, giacciono sottoterra (-100 mt max.). Il terreno assorbe la radiazione prodotta nella accelerazione delle particelle (radiazione di sincrotrone) LHCb ATLAS ALICE CMS Laura Scuri 39 Gli esperimenti attualmente in presa dati d LHC Quattro esperimenti principali sono in presa dati ad LHC e i rivelatori ad essi associati sono installati nei 4 punti di intersezione delle orbite Laura Scuri 40 Gli esperimenti attualmente in presa dati d LHC Quattro esperimenti principali sono in presa dati ad LHC e i rivelatori ad essi associati sono installati nei 4 punti di intersezione delle orbite ATLAS e CMS sono esperimenti “multi-purpose”, ovvero progettati per poter eseguire tanti tipi di misure; lo scopo principale è la scoperta del bosone di Higgs (vedi oltre) LHC-B è un esperimento dedicato alla misura delle proprietà del quark “b” ALICE è dedicato allo studio delle collisioni tra ioni pesanti (Pb+); all’energia di LHC, gli ioni si fondono originando un plasma di gluoni e quark quasi liberi, in condizioni analoghe al primo microsecondo dopo il BIG-BANG. Laura Scuri 41 Gli esperimenti attualmente in presa dati d LHC Quattro esperimenti principali sono in presa dati ad LHC e i rivelatori ad essi associati sono installati nei 4 punti di intersezione delle orbite ATLAS e CMS sono esperimenti “multi-purpose”, ovvero progettati per poter eseguire tanti tipi di misure; lo scopo principale è la scoperta del bosone di Higgs (vedi oltre) LHC-B è un esperimento dedicato alla misura delle proprietà del quark “b” ALICE è dedicato allo studio delle collisioni tra ioni pesanti (Pb+); all’energia di LHC, gli ioni si fondono originando un plasma di gluoni e quark quasi liberi, in condizioni analoghe al primo microsecondo dopo il BIG-BANG. N.B. Il termine “esperimento” è da considerarsi, dal punto di vista grammaticale, un “nome collettivo” in senso esteso; con esso si intende: - il rivelatore, ovvero l’insieme della strumentazione necessaria alla misura delle quantità osservabili, alla selezione degli eventi di interesse (trigger) e al trasferimento e alla analisi dei dati (elettronica di conversione dei segnali elettrici in numeri binari, inglese DAQ, Data AcQuisition, e rete di computer per l’analisi dei dati) - il progetto delle misure da eseguire e della analisi dei dati - la comunità dei ricercatori che ha progettato l’attività di ricerca, partecipa ai turni di presa dati ed esegue l’analisi dei risultati. Laura Scuri 42 Dimensioni e complessità impressionanti dei rivelatori ad LHC ATLAS LHCb Laura Scuri CMS ALICE 43 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Laura Scuri 44 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Laura Scuri 45 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Solo poche coppie di protoni all’interno di ciascun pacchetto interagiscono liberando i quark costituenti (3 per protone) Laura Scuri 46 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Solo poche coppie di protoni all’interno di ciascun pacchetto interagiscono liberando i quark costituenti (3 per protone) Laura Scuri 47 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Solo poche coppie di protoni all’interno di ciascun pacchetto interagiscono liberando i quark costituenti (3 per protone) Laura Scuri 48 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Solo poche coppie di protoni all’interno di ciascun pacchetto interagiscono liberando i quark costituenti (3 per protone) Laura Scuri 49 Le interazioni primarie a LHC nei punti di collisione I protoni “viaggiano” all’interno degli anelli intersecanti raggruppati in pacchetti (bunches) Solo poche coppie di protoni all’interno di ciascun pacchetto interagiscono liberando i quark costituenti (3 per protone) I quark “liberi” interagiscono scambiando quanti di energia chiamati gluoni che generano, grazie all’energia totale disponibile, altri quark e altri gluoni, formando sciami di partoni (quark e gluoni) Laura Scuri 50 Adroni e particelle elementari prodotte nei decadimenti L’interazione “forte”, di cui i gluoni sono i mediatori, aumenta con la distanza tra i quark fino a quando i quark liberi non vengono nuovamente confinati in nuove particelle elementari, gli adroni: adroni a due quark sono chiamati mesoni, adroni a 3 quark sono chiamati barioni 3 quark = barione Barioni sono anche i protoni e i neutroni, i costituenti di tutti gli atomi Adroni 2 quark = mesone Laura Scuri 51 Adroni e particelle elementari prodotte nei decadimenti L’interazione “forte”, di cui i gluoni sono i mediatori, aumenta con la distanza tra i quark fino a quando i quark liberi non vengono nuovamente confinati in nuove particelle elementari, gli adroni: adroni a due quark sono chiamati mesoni, adroni a 3 quark sono chiamati barioni 3 quark = barione Barioni sono anche i protoni e i neutroni, i costituenti di tutti gli atomi Adroni 2 quark = mesone Una volta formati, gli adroni possono decadere: a) per interazione forte, in altri adroni: un quanto di energia, gluone, emesso da un quark si materializza in altri due quark. Laura Scuri 52 Adroni e particelle elementari prodotte nei decadimenti L’interazione “forte”, di cui i gluoni sono i mediatori, aumenta con la distanza tra i quark fino a quando i quark liberi non vengono nuovamente confinati in nuove particelle elementari, gli adroni: adroni a due quark sono chiamati mesoni, adroni a 3 quark sono chiamati barioni 3 quark = barione Barioni sono anche i protoni e i neutroni, i costituenti di tutti gli atomi Adroni 2 quark = mesone Una volta formati, gli adroni possono decadere: a) per interazione forte, in altri adroni: un quanto di energia, gluone, emesso da un quark si materializza in altri due quark. b) per interazione debole, in altri adroni e leptoni: un quanto di energia, bosone Z o W, decade in una coppia quark-antiquark o in una coppia di leptoni; nell’esempio il decadimento beta neutrone Laura Scuri 53 Adroni e particelle elementari prodotte nei decadimenti L’interazione “forte”, di cui i gluoni sono i mediatori, aumenta con la distanza tra i quark fino a quando i quark liberi non vengono nuovamente confinati in nuove particelle elementari, gli adroni: adroni a due quark sono chiamati mesoni, adroni a 3 quark sono chiamati barioni 3 quark = barione Barioni sono anche i protoni e i neutroni, i costituenti di tutti gli atomi Adroni 2 quark = mesone Una volta formati, gli adroni possono decadere: a) per interazione forte, in altri adroni: un quanto di energia, Gluone (massa nulla!) emesso da un quark si materializza in altri due quark. Neutrone(u,d,d) b) per interazione debole, in altri adroni e leptoni: un quanto di energia, bosone Z o W (massa circa 100 GeV), decade in una coppia quark-antiquark o in una coppia di leptoni; nell’esempio il decadimento beta neutrone Laura Scuri Protone(u,u,d) Elett. W- Neutrino_e 54 Classificazione delle particelle elementari: la regola del “3” I costituenti base della materia 3 quark con carica elettrica +2/3 e u c t 3 quark con carica elettrica -1/3 e d s b u = “up”, c = “charm”, t = “top” d = “down”, s = “strange”, b = “bottom” “e” è la carica elettrica elementare, pari a quella dell’elettrone ( e =1.6 x 10-19 Coulomb) Laura Scuri 55 Classificazione delle particelle elementari: la regola del “3” I costituenti base della materia 3 quark con carica elettrica +2/3 e u c t 3 quark con carica elettrica -1/3 e d s b u = “up”, c = “charm”, t = “top” d = “down”, s = “strange”, b = “bottom” “e” è la carica elettrica elementare, pari a quella dell’elettrone ( e =1.6 x 10-19 Coulomb) 3 leptoni con carica elettrica = e e µ τ e = “elettrone”, µ = “muone”, τ = “tau” 3 neutrini associati a ciascun tipo di letpone di carica elettrica nulla νe νµ ντ νe = “neutrino e”, νµ = “neutrino µ”, ντ = “neutrino τ” Laura Scuri 56 Classificazione delle particelle elementari: la regola del “3” I costituenti base della materia 3 quark con carica elettrica +2/3 e u c t 3 quark con carica elettrica -1/3 e d s b u = “up”, c = “charm”, t = “top” d = “down”, s = “strange”, b = “bottom” “e” è la carica elettrica elementare, pari a quella dell’elettrone ( e =1.6 x 10-19 Coulomb) 3 leptoni con carica elettrica = e e µ τ e = “elettrone”, µ = “muone”, τ = “tau” 3 neutrini associati a ciascun tipo di letpone di carica elettrica nulla νe νµ ντ νe = “neutrino e”, νµ = “neutrino µ”, ντ = “neutrino τ” I neutrini sono leptoni; i quark e i leptoni sono fermioni, ovvero sono caretterizzati da numero quantico di spin (rotazione intorno al proprio asse) semintero. Laura Scuri 57 Classificazione delle particelle elementari: la regola del “3” I costituenti base della materia 3 quark con carica elettrica +2/3 e u c t 3 quark con carica elettrica -1/3 e d s b u = “up”, c = “charm”, t = “top” d = “down”, s = “strange”, b = “bottom” “e” è la carica elettrica elementare, pari a quella dell’elettrone ( e =1.6 x 10-19 Coulomb) 3 leptoni con carica elettrica = e e µ τ e = “elettrone”, µ = “muone”, τ = “tau” 3 neutrini associati a ciascun tipo di letpone di carica elettrica nulla νe νµ ντ νe = “neutrino e”, νµ = “neutrino µ”, ντ = “neutrino τ” I neutrini sono leptoni; i quark e i leptoni sono fermioni, ovvero sono caretterizzati da numero quantico di spin (rotazione intorno al proprio asse) semintero. I quark, oltre alla carica elettrica, hanno una carica di colore o anti-colore di 3 possibili: Laura Scuri I nomi della carica di colore sono convenzionali e non hanno relazione con i colori osservabili in natura 58 Un semplice esempio di “interazione” e “mediatore” dell’interazione Laura Scuri 59 Un semplice esempio di “interazione” e “mediatore” dell’interazione Pippa e Pippo interagiscono sul ghiaccio (superficie senza attrito) Laura Scuri 60 Un semplice esempio di “interazione” e “mediatore” dell’interazione Pippa e Pippo interagiscono sul ghiaccio (superficie senza attrito) Il pallone è il mediatore dell’interazione (meccanica) tra i due Laura Scuri 61 Un semplice esempio di “interazione” e “mediatore” dell’interazione Pippa e Pippo interagiscono sul ghiaccio (superficie senza attrito) Il pallone è il mediatore dell’interazione (meccanica) tra i due Il mediatore trasferisce energia (cinetica) da un interagente (Pippa) all’altro (Pippo) Laura Scuri 62 Un semplice esempio di “interazione” e “mediatore” dell’interazione Pippa e Pippo interagiscono sul ghiaccio (superficie senza attrito) Il pallone è il mediatore dell’interazione (meccanica) tra i due Il mediatore trasferisce energia (cinetica) da un interagente (Pippa) all’altro (Pippo) Laura Scuri 63 Cosa manca nella precedente descrizione ? Laura Scuri 64 Cosa manca nella precedente descrizione ? ll bosone di Higgs che tutti (in particolare gli esperimenti a LHC) cercano ! Laura Scuri 65 Cosa manca nella precedente descrizione ? ll bosone di Higgs che tutti (in particolare gli esperimenti a LHC) cercano ! Nel 1964 il fisico scozzese Peter Higgs ipotizzò che dopo il Big Bang, l’universo sia permeato da un fluido energetico (il Campo di Higgs) con cui interagiscono le particelle elementari, prive di massa all’origine. Il bosone di Higgs sarebbe il mediatore che trasferisce energia dal Campo di Higgs alle particelle dando loro massa diversa da zero. Per la sua natura, lo stesso bosone di Higgs deve avere massa non nulla, ma il msuo valore non è predetto dalla teoria. Nota bene ! Per il principio di equivalenza Massa <–> Energia, E = mc2 , in fisica delle particelle le masse si misurano in eV/c2 ovvero Energia (eV) / velocità della luce al quadrato (c2) Laura Scuri 66 Il calcolo negli esperimenti di fisica: grandi quantità di dati e sistemi distribuiti - La quantità di dati “grezzi” (non filtrati dall’analisi computazionale) accumulata in un anno a LHC richiede una memoria pari a quella di: • 12 milioni di desktop/laptop da 500 GB • 36 milioni di Ipods da 160 GB • 1.2 miliardi di DVD da 5 GB La memoria e la potenza di calcolo richieste non non possono essere localizzate in un unico luogo Per questo è stata creata una rete mondiale (GRID) di centri di calcolo dedicato alla analisi dei dati - Per analizzare un evento di LHC occorrono, in media, 100 ms di una CPU “dual-core”; ciascun ricercatore, per analizzare i dati in tempo reale deve poter disporre dell’equivalente di 20 CPU dual-core, ovvero 20 personal computer! 67 Laura Scuri Come appare un centro di calcolo ….. Laura Scuri 68 Come appare un centro di calcolo ….. La distribuzione e lo stoccaggio delle cassette dati avviene mediante robots Laura Scuri 69 Come appare un centro di calcolo ….. Ciascun “rack” (telaio) può contenere centinaia di CPU Laura Scuri 70 Altre attività importanti del CERN non connesse a LHC 1) Generazione del fascio di neutrini per gli esperimenti situati nel tunnel del Gran Sasso (sigla del progetto CNGS : Cern Neutrinos to Gran Sasso) Un fascio di neutrini-mu viene prodotto da protoni che interagiscono su un bersaglio di grafite e vengono diretti verso i laboratori dell‘Istituto Nazionale di Fisica Nucleare del Gran Sasso (vedi oltre) Laura Scuri 71 Altre attività importanti del CERN non connesse a LHC 1) Generazione del fascio di neutrini per gli esperimenti situati nel tunnel del Gran Sasso (sigla del progetto CNGS : Cern Neutrinos to Gran Sasso) Un fascio di neutrini-mu viene prodotto da protoni che interagiscono su un bersaglio di grafite e vengono diretti verso i laboratori dell‘Istituto Nazionale di Fisica Nucleare del Gran Sasso (vedi oltre) 2) Esperimenti di produzione e studio delle proprietà dell’antimateria Laura Scuri 72 Altre attività importanti del CERN non connesse a LHC 1) Generazione del fascio di neutrini per gli esperimenti situati nel tunnel del Gran Sasso (sigla del progetto CNGS : Cern Neutrinos to Gran Sasso) Un fascio di neutrini-mu viene prodotto da protoni che interagiscono su un bersaglio di grafite e vengono diretti verso i laboratori dell‘Istituto Nazionale di Fisica Nucleare del Gran Sasso (vedi oltre) 2) Esperimenti di produzione e studio delle proprietà dell’antimateria Nel 2010 l’esperimento Alpha è riuscito, per la prima volta in laboratorio, a produrre antimateria (anti-idrogeno) e a confinare 38 anti-atomi per circa mezz’ora. Laura Scuri 73 L’esperimento coi neutrini 2.4 ms è il tempo impiegato per percorrere 732 Km tra il CERN e I Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’ INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) Laura Scuri 74 L’esperimento coi neutrini 2.4 ms è il tempo impiegato per percorrere 732 Km tra il CERN e I Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’ INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) -I neutrini interagiscono poco (= poca probabilità di essere assorbiti) con la materia -Una grande frazione dei neutrini prodotti al CERN arrivano senza interazioni ai LNGS - Molti esperimenti con neutrini (difficili da rivelare) vengono fatti sotto terra per ridurre gli effetti sui rivelatori della radiazione cosmica (sciami di particelle che arrivano dallo spazio) Laura Scuri 75 Conclusioni • E’ stato un po’ faticoso reperire e organizzare il materiale, ma, alla fine, divertente. • Per quello che ho capito, mi sembra tutto molto interessante • Domande ? …. per favore fatele agli insegnanti o a chi mi ha aiutato ([email protected]), io non sono ancora certo padrona della materia ….. Grazie per la vostra attenzione ! ( e grazie a mio padre che mi ha aiutato a preparare la presentazione ) Fonti principali consultate: - il sito Web di Wikipedia http://it.wikipedia.org - il sito Web del CERN http://www.cern.ch - i siti web degli esperimenti citati Laura Scuri 76
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