f.riggi, corso presso litis cannizzaro, catania, 6 marzo 2009 dal microcosmo al macrocosmo viaggio...
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F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009
Dal Microcosmo
al
Macrocosmo
Viaggio attraverso le potenze di 10
Di che cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene insieme?
Rodin, Il pensatore
La dottrina dei 4 elementi
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo è fatto di atomi!
(circa 100 specie diverse)
Mendeleev, 1869
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
L’esperimento diRutherford, primi anni del 1900
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
La struttura dell’atomo
L’atomo è quasi interamente vuoto. Solo una piccola zona al suo centro è occupato dal nucleo. Attorno ad esso si muovono gli elettroni.
Allora il mondo è fatto di nucleied elettroni...
Ma il nucleo atomico ha una sua struttura!
Costituito da protoni e neutroni
Adesso ho capito: il mondo è fatto di protoni, neutroni
ed elettroni...
Le particelle elementari intorno al 1930
Esistono altre particelle in natura?
Esistono altre particelle in natura?
Oh YES!
Esistono altre particelle in natura?
Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente:
Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)
Esistono altre particelle in natura?
Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente:
Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)
Particelle prodotte dapprima artificialmente e poi osservate in natura
Esempio: pioni (prodotti mediante acceleratori)
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Muoni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
KaoniEta
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
KaoniEta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
Xi
Eta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Eta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Rho
Eta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Rho
Eta
Lambda
….….
….
…..
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
E inoltre quella delle antiparticelle...
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Rho
Eta
Lambda
….….
….
…..
Ogni particella ha la sua antiparticella!
Sono tutte realmente elementari?
Mi chiedo di cosa sia fatto il mondo….
Il mondo è fatto di quarks?
Le combinazioni di quarks rendono ragione della materia ordinaria. Ma essi non esistono allo stato libero, rimanendo sempre confinati nella struttura delle particelle che essi costituiscono.
Le particelle elementari nel modello standard
6 quarks
6 leptoni
4 portatori di forza
Le 4 forze fondamentali
Gravità
Elettromagnetismo
Forza forte
Forza debole
Ma forse sono aspetti diversi di un’unica forza
Una ricetta per il mondo...
Il Modello Standard lascia comunque aperti
molti problemi:
I problemi aperti
I raggi cosmici di altissima energia
I problemi aperti
Il deconfinamento dei quarks e gluoni
I problemi aperti
L’eventuale esistenza di un’ulteriore particella: il bosone di Higgs, prevista dal modello ma finora non osservata
I problemi aperti
L’unificazione delle forze
I problemi aperti
Le oscillazioni del neutrino
I problemi aperti
Il ruolo della materia e dell’antimateria nell’Universo
I problemi aperti
La materia oscura
Questi problemi riguardano allo stesso tempo
la comprensione della struttura della materia attuale
ma anche
le prime fasi evolutive dell’Universo
F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002
Alcuni fatti salienti dopo il Big Bang:
T = 0 ?
T 0,000001 secondi: formazione protoni e neutroni
T 3 minuti: formazione dei primi nuclei
T 300.000 anni: formazione dei primi atomi
T 1 miliardo di anni: formazione delle galassie
T 15 miliardi di anni: formazione del Sole
Energia e tempo
Per avere informazioni su ciò che è successo in un intervallo di tempo sempre più piccolo occorre impiegare energie sempre più grandi
Qual è la massima energia impiegabile in linea di principio?
L’energia stessa di tutto l’Universo
0,0000000000000000000000000000000001 secondi
cioè 10-43 s
Il tempo di Planck
La Fisica rinuncia a investigare per ragioni di principio ciò che è antecedente a questo tempo
Come dare risposta ad alcuni dei problemi aperti?
Con esperimenti condotti mediante
- acceleratori di particelle
- osservazione delle radiazioni esistenti in natura (raggi cosmici, neutrini, gamma,...) dalla Terra o dallo spazio
Il Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso
Un laboratorio realizzato in una miniera abbandonata in Giappone
Un apparato per la rivelazione di raggi cosmici di alta energia, in Germania
In che modo riusciamo a vedere le cose?
Che strumenti abbiamo bisogno per vedere gli oggetti?
Gli acceleratori di particelle
Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra
Un complesso di acceleratori ad energie e dimensioni crescenti per lo studio della struttura della materia
Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra
Gestito e supportato da vari Paesi europei
Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra
Il tunnel dell’acceleratore SPS (ancora in funzione), con una circonferenza di 6 km
Il futuro al CERN: l’acceleratore LHC, un anello da 27 km di
circonferenza
Entrerà in funzione nel 2009. A quella data dovranno essere pronti anche i 4 apparati di rivelazione previsti
L’esperimento ALICE
L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
Circa 80 Istituzioni
L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
Circa 80 Istituzioni
25 Nazioni
L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
Circa 80 Istituzioni
25 Nazioni
Hanno lavorato per oltre 10 anni (1995-2009) alla progettazione e costruzione dell’apparato e per almeno 10 anni (2009-2020) alla raccolta e all’analisi dei dati sperimentali
La gestione dei dati
I grandi esperimenti di fisica producono una quantità impressionante di dati:
Stima per l’esperimento ALICE: dell’ordine dei Gbytes /s
(circa 1000 elenchi telefonici al secondo)
Per la sola analisi di questi dati serviranno circa 10.000 calcolatori che lavorino senza interruzione 24 h al giorno!
Considerazioni finali
Considerazioni finali
L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
Considerazioni finali
L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
La categoria dell’imprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica
Considerazioni finali
L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
La categoria dell’imprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica
Pur nella varietà dei fenomeni, è sempre in atto un tentativo di comprensione unitaria