L occhio del computer (ovvero: come l informatica puo aiutarci a vedere le entita fondamentali della natura)

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Alberto Vinci
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1 L occhio del computer (ovvero: come l informatica puo aiutarci a vedere le entita fondamentali della natura) Alessandro De Angelis Univ. di Udine, INFN Trieste e IST Lisboa Giornate Scientifiche 2001 CISM Udine, 8 Marzo 1

Il punto di partenza La fisica costruisce modelli che spiegano la natura (o meglio le nostre osservazioni della natura, o meglio ancora le osservazioni della nostra

2 Il punto di partenza La fisica costruisce modelli che spiegano la natura (o meglio le nostre osservazioni della natura, o meglio ancora le osservazioni della nostra interazione con la natura) Conosciamo il mondo principalmente attraverso i nostri occhi, sensibili a una banda di frequenze centrata sulla frequenza di emissione del sole 2

3 L informazione raccolta dai nostri occhi Ci ha consentito di vivere in una natura ostile per milioni di anni Ci da piacere, ci fa sentire piccoli ma parte dell universo E lenta, limitata e incompleta 3

4 I due versi della conoscenza 4

5 C e ancora spazio per la lentezza? Negli ultimi secoli assistiamo a un accelerazione della scienza (della storia) Cerchiamo di assorbire e valutare piu informazione, piu velocemente Questo si riflette sul modo in cui acquisiamo ed elaboriamo informazione, nel piccolissimo come su scale cosmologiche Questa lezione e proprio su questo. 5

vedere i costituenti fondamentali: le loro proprieta

6 La fisica dei costituenti fondamentali: breve archeologia Prima del 900 non si sperava di poter vedere i costituenti fondamentali: le loro proprieta venivano indotte da fatti sperimentali (-> tavola periodica) 6

7 La fisica dei costituenti fondamentali: gli inizi dell era sperimentale A partire dai primi anni del XX secolo, ci si e chiesto: come visualizzare i costituenti fodamentali? L occhio non puo -> emulsioni fotografiche, come all inizio degli studi sulla radioattivita Un emulsione -> sviluppo, stampa e un giorno di analisi 7

8 La camera a nebbia Wilson 1911: vapor d acqua soprassaturo. La camera si espande, raffreddando l aria e facendo condensare il vapore Ma da dove comincia a consensare? Da imperfezioni, per esempio gli ioni presenti Una macchina fotografica scatta una foto delle tracce di goccioline lasciate dagli ioni. 8

9 La camera a bolle Un liquido che cerca di bollire prima che puo (30 Hz) 9

10 Charpak e la camera a fili Ora l informazione e facilmente digitalizzabile (ossia: traducibile in numeri)! La camera a fili apre la porta all uso del computer per l analisi dei dati in fisica fondamentale 10

11 Rubbia e la rivoluzione elettronica UA1, Rubbia 80 : un grande esempio di uso delle tecnologie di punta (10 5 canali di elettronica) 11

12 Gli esperimenti di oggi Gli esperimenti di fine XX secolo : ~ 10 6 canali di elettronica, > 1 interazione/secondo (DELPHI, Amaldi 90) Data Summary Tapes di 10 7 eventi, ~10 12 Bytes 12

13 Il prossimo futuro Nel prossimo futuro (2005-) aspettiamo un altro fattore 1000 impossibile vedere gli eventi senza il computer TROPPO PICCOLI E TROPPO COMPLESSI 13

(Costituenti elementari: la visione diretta non e

tecnica che Rutherford usò nel suo esperimento per

ancor oggi: Una sonda (le particelle alfa) Un

14 (Costituenti elementari: la visione diretta non e possibile) Esperimento chiave: Rutherford 1900 La tecnica che Rutherford usò nel suo esperimento per sondare la struttura dell'atomo viene adoperata ancor oggi: Una sonda (le particelle alfa) Un bersaglio (gli atomi della lamina) Un rivelatore (lo schermo) 14

15 Test: siete bravi fisici delle particelle? Prova anche tu! Trova la forma del bersaglio nascosto dalla nuvoletta nera... 15

16 Soluzione... 16

17 Le infrastrutture e l elaborazione dell informazione Tecnologie di punta nel data storage e nell elaborazione dell informazione Byproducts come il World Wide Web e dimenticatevi Matrix: ora arriva GRID 17

.. Ma ci sono acceleratori grandi come le stelle e le galassie: sono le stelle e le

18 Fisica dei costituenti elementari: il futuro Per andare oltre, acceleratori grandi come le stelle e le galassie... Ma ci sono acceleratori grandi come le stelle e le galassie: sono le stelle e le galassie stesse Dall Universo, raggi di energia 10 8 volte > di quelli che l uomo riesce a produrre NASA, ESA: cercare l infinitamente piccolo nell infinitamente grande 18

abbiamo la responsabilita dell event display e di parte del software di simulazione e studiamo come interpretare i segnali.

19 GLAST verra spedito in orbita nel 2005 da un vettore della NASA. Lo strumento e ispirato alle tecniche della fisica delle particelle. Utilizzando un know-how costruito in una pluriennale collaborazione con il CERN di Ginevra e una preziosa sinergia con Informatica, a Udine abbiamo la responsabilita dell event display e di parte del software di simulazione e studiamo come interpretare i segnali. Come ci aspettiamo una mappa del cielo nello spettro dei raggi gamma dopo un anno di lavoro di GLAST. Al centro la Via Lattea, la nostra galassia. 19 A. De Angelis 2000

non vede GIA DAL 600 LA SCIENZA HA COMINCIATO AD

20 Il cielo stellato sopra di noi Anche nell altro verso, quello del molto grande, ci sono oggetti che l occhio non vede GIA DAL 600 LA SCIENZA HA COMINCIATO AD AFFRONTARE (SENZA COMPUTERS) IL PROBLEMA DEL TROPPO LONTANO 20

Vediamo solo in parte cio che ci circonda C e tutto un mondo di colori, ma i nostri occhi vedono solo una stretta banda Dal rosso al violetto nell arcobaleno Ogni colore corrisponde a una

21 Vediamo solo in parte cio che ci circonda C e tutto un mondo di colori, ma i nostri occhi vedono solo una stretta banda Dal rosso al violetto nell arcobaleno Ogni colore corrisponde a una diversa energia della luce Anche i colori che non vediamo hanno nomi a noi familiari: ascoltiamo la radio, scaldiamo il cibo nel microonde, fotografiamo le nostre ossa mediante i raggi X... 21

22 E il resto? avete mai pensato che cosa accadrebbe se vedessimo solo il verde? 22

L universo che non vediamo Quando si fa una

falsi colori l immagine di un telescopio a

23 L universo che non vediamo Quando si fa una foto si cattura la luce (anche l immagine del telescopio, ingrandita, viene dalla luce visibile) Analogamente si puo mappare in falsi colori l immagine di un telescopio a raggi X L elaborazione dell informazione e cruciale 23

24 Il resto dello spettro: osservazioni spaziali Per limitare gli effetti di diffusione dell atmosfera, i nuovi telescopi vengono lanciati nello spazio 24

25 Sorgenti spaziali non identificate Molti oggetti spaziali non emettono nel visibile (sembrano oscuri ai nostri occhi) A volte vivono troppo poco per noi: anche in questo l occhio del computer aiuta 25

26 Ci sono oggetti invisibili (e dominano la materia dell Universo) La materia oscura (probabilmente il 90% della materia) non emette nelle frequenze da noi visibili Nuove particelle elementari 26

27 La materia oscura e il nostro destino ultimo Misurare quanta materia c e nell Universo ci puo chiarire il problema fondamentale : l Universo tornera indietro o continuera ad espandersi indefinitamente? Solo con l occhio del computer possiamo sperare di afferrare il nostro destino ultimo 27

28 L occhio del computer come estensione di noi Per afferrare i principi primi e il destino ultimo dell Universo, i suoi osservatori diventano bionici Fra i nuovi strumenti (che portano nuova conoscenza) oggi il computer e uno dei protagonisti L interplay tra fisica e matematica che ha tanto ha giovato alla comprensione della Natura nei secoli scorsi ha oggi un terzo attore: l informatica Sempre piu cerchiamo risposte ai problemi fondamentali con l aiuto dell occhio del computer. L elaborazione dell informazione e la chiave. 28

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Si fuit aliquod tempus antequam faceres caelum et terram Alessandro De Angelis Dipartimento di Fisica dell Universita di Udine e INFN Trieste Giornate Scientifiche di Udine e Pordenone, Marzo 2002 Time