Large Hadron Collider

Transcript

1 Large Hadron Collider LHC è la macchina più grande del mondo, nel cui interno sono accelerate particelle fino a raggiungere velocità prossime a quelle della luce. Le particelle vengono fatte collidere fra di loro con urti ad altissime energie. È utilizzata da scienziati di tutto il mondo per fare ricerca di frontiera. I NUMERI DI LHC Collaboratori: 600 fisici italiani su 1200 membri, 131 istituti e 36 paesi coinvolti. Lunghezza: 27 km. Peso: leggerissima, t, meno di 50 treni Eurostar. Dati ricavati: la macchina realizza 25 collisioni ogni 27 miliardesimi di secondo, cioè al secondo. I dati elaborati vengono spediti attraverso il GRID, una nuova rete di supercomputer dipoli e 2000 magneti.

2 A Large Ion Collider Experiment Alice è uno dei quattro esperimenti attualmente presenti su LHC. In Alice si studiano le collisioni fra nuclei di piombo. Usando nuclei di atomi con molti neutroni e protoni, degli urti è tale che i fisici sperano di osservare un plasma di quark e gluoni: uno stato della materia esistito per pochi milionesimi di secondo subito dopo il Big Bang. DIMENSIONI: Lunghezza 26 m Altezza 16 m Peso t Come identifichiamo le particelle? Il rilevatore centrale identifica le particelle ricostruendone il percorso e misurandone la velocità. Dalla curvatura della particella carica nel campo magnetico riusciamo a misurare la sua quantità di moto. (N.B. il rilevatore di tempo è stato realizzato a Bologna!!)

3 AGLI ALBORI DELL'ATOMO Atomo: dal gr. ÁTOMOS composto di A privativo e Tomè (taglio) --> indivisibile "Opinione il dolce, opinione l'amaro, opinione il caldo, opinione il freddo, opinione il colore. In realtà è soltanto gli atomi e il vuoto" Democrito LA RIVOLUZIONE 1911, RUTHERFORD: modello planetario 1932, CHADWICK: scoperta dei neutroni SUMMA L'atomo è neutro, costituito da due zone: una zona sostanzialmente "vuota" all'interno della quale orbitano elettroni in zone di massima probabilità dette orbitali. Una zona densa detta nucleo, in cui vi sono protoni e neutroni, tenuti legati da una forza detta attrazione forte. MA... NE SIAMO PROPRIO SICURI? Problemi: La massa di protoni e neutroni è circa volte maggiore di quella degli elettroni. Dunque si sospetta che non siano particelle elementari quali gli elettroni stessi All'interno dell'atomo non sono state trovate alcune simmetrie per cui si sono cercate all'interno del nucleo 1964, M.GELL-MAN e G. ZWEIG introducono i quark. QU(estion m)ark, "Three quarks for Muster Mask" Finnegan's Ware, J. Joyce

4 Secondo il quadro della Fisica delle particelle elementari, sembra che i costituenti elementari dei NUCLEONI siano delle sub-particelle chiamate QUARK. Protoni e neutroni del nucleo sono formati da uno stato legato di 3 quark. I quark esistono in 6 sapori, raggruppati in 3 famiglie. FAMIGLIA I II III SAPORE MASSA (riferita alla massa CARICA (riferita alla carica del protone) Up 2 +2/3 Down 6-1/3 Charm /3 Strange 200-1/3 Top /3 Bottom /3 Oltre alla carica elettrica, i quark hanno una nuova proprietà: la CARICA DI COLORE. La carica di colore è responsabile INTERAZIONE FORTE, forza che lega i quark del protone e del neutrone i protoni e i neutroni del nucleo. La carica di colore, a differenza della carica elettrica che è a due varianti (carica positiva e carica negativa), è una proprietà a tre varianti: il colore di ogni quark può essere rosso, verde o blu. Ogni nucleone ha di CARICA DI COLORE COMPLESSIVA NEUTRA: questo vuol dire che, se un protone è formato da 2 quark Up e 1 quark down, uno di essi sarà rosso, uno verde e uno blu. FENOMENO DEL CONFINAMENTO: in natura sembra che possano essere osservate come libere solo particelle con carica di colore neutra. Protoni e neutroni possono essere osservati liberi, i quark non possono essere osservati liberi.

5 4 FORZE ELEMENTARI Forza gravitazionale Forza debole Forza elettromagnetica Forza forte COSA SONO LE FORZE? Ad eccezione della forza di gravità, secondo la teoria della meccanica quantistica tra due particelle di materia può essere sempre rappresentata con lo scambio di una terza particella. FERMIONI BOSONI QUARK LEPTONI FOTONI GLUONI W e Z

6 FORTE La Forza Forte è che avviene fra nucleoni e fra quark. Sono soggette ad interazione forte le particelle che presentano la cosiddetta carica di colore. La forza forte aumenta la sua intensità proporzionalmente alla distanza fra due particelle. Cercando di allontanare due quark, la forza che li tiene legati aumenta. Sembra impossibile dividerli! Non solo allontanando due quark si verifica uno strano fenomeno: arrivati a una certa distanza limite, al sistema è più conveniente convertire accumulata in massa, secondo la famosa equazione di Einstein E = mc 2. Così, allontanando due quark, si crea una nuova coppia di particelle: un quark e un anti-quark! PROCESSO DI ADRONIZZAZIONE COME OSSERVARE QUARK LIBERI? Sembra quindi che modo per osservare quark liberi sia cercare di far tendere a zero la loro distanza. Comprimendo i quark insieme, si ridurrebbe a zero anche della forza forte.

7 ALICE: IL BIG BANG FATTO IN CASA Alice fa collidere nuclei di piombo ad alta energia per poter confinare in uno spazio piccolissimo una enorme quantità di quark. Si viene a creare una gocciolina di materia densissima e caldissima, chiamata dai fisici plasma di quark e gluoni, probabilmente lo stesso stato che si formò s dopo il Big Bang. Con queste ricerche, i fisici sperano di Perché 4,8 % di materia visibile, 25,8 % di materia oscura e 69,4 % di energia oscura? Nel rivelatore si raggiunge la temperatura di 5,5 trilioni di gradi centigradi!

8 ALCUNE APPLICAZIONI IN CAMPO MEDICO: PET Adroterapia Risonanza magnetica Ecografia IN CAMPO INDUSTRIALE: Laser ad elettroni liberi Pannelli solari ad alta temperatura Attenuazione ß (per misurare le polveri sottili) PIÙ IN GENERALE: Touch screen capacitivo Il Web Il grid GPS CCD (sensori per le macchine fotografiche digitali) Tecniche spettroscopiche per non invasiva delle opere