Dal Microcosmo
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F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009 PowerPoint PPT Presentation


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Dal Microcosmo al Macrocosmo Viaggio attraverso le potenze di 10. F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009. Di che cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene insieme?. Rodin, Il pensatore. La dottrina dei 4 elementi.

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F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009

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Presentation Transcript


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Dal Microcosmo

al

Macrocosmo

Viaggio attraverso le potenze di 10

F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Di che cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene insieme?

Rodin, Il pensatore


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La dottrina dei 4 elementi


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo è fatto di atomi!

(circa 100 specie diverse)

Mendeleev, 1869


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?

L’esperimento di

Rutherford, primi anni

del 1900


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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.


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Allora il mondo

è fatto di nuclei

ed elettroni...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Ma il nucleo atomico ha una sua struttura!

Costituito da protoni e neutroni


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Le particelle elementari intorno al 1930

Adesso ho capito: il mondo

è fatto di protoni, neutroni

ed elettroni...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Esistono altre particelle in natura?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Esistono altre particelle in natura?

Oh YES!


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Esistono altre particelle in natura?

Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente:

Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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)


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Omega

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

…..

….

….

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

….


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

E inoltre quella delle antiparticelle...

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

…..

….

….

Ogni particella ha la sua antiparticella!

….


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Sono tutte realmente elementari?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Mi chiedo di cosa

sia fatto il mondo….


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il mondo è fatto di quarks?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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.


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Le particelle elementari nel modello standard

6 quarks

6 leptoni

4 portatori di forza


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Le 4 forze fondamentali

Gravità

Elettromagnetismo

Forza forte

Forza debole

Ma forse sono aspetti diversi di un’unica forza


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Una ricetta per il mondo...


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il Modello Standard lascia comunque aperti

molti problemi:


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

I raggi cosmici di altissima energia


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

Il deconfinamento dei quarks e gluoni


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

L’eventuale esistenza di un’ulteriore particella: il bosone di Higgs, prevista dal modello ma finora non osservata


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

L’unificazione delle forze


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

Le oscillazioni del neutrino


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

Il ruolo della materia e dell’antimateria nell’Universo


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

I problemi aperti

La materia oscura


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Questi problemi riguardano allo stesso tempo

la comprensione della struttura della materia attuale

ma anche

le prime fasi evolutive dell’Universo


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il tempo di Planck

0,0000000000000000000000000000000001 secondi

cioè 10-43 s

La Fisica rinuncia a investigare per ragioni di principio ciò che è antecedente a questo tempo


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Un laboratorio realizzato in una miniera abbandonata in Giappone


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Un apparato per la rivelazione di raggi cosmici di alta energia, in Germania


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

In che modo riusciamo a vedere le cose?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Che strumenti abbiamo bisogno per vedere gli oggetti?


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Gli acceleratori di particelle


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra

Un complesso di acceleratori ad energie e dimensioni crescenti per lo studio della struttura della materia


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra

Gestito e supportato da vari Paesi europei


F riggi corso presso l itis cannizzaro catania 6 marzo 2009

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

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


L esperimento alice1

L’esperimento ALICE

Oltre 1000 ricercatori


L esperimento alice2

L’esperimento ALICE

Oltre 1000 ricercatori

Circa 80 Istituzioni


L esperimento alice3

L’esperimento ALICE

Oltre 1000 ricercatori

25 Nazioni

Circa 80 Istituzioni


L esperimento alice4

L’esperimento ALICE

Oltre 1000 ricercatori

25 Nazioni

Circa 80 Istituzioni

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

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


Considerazioni finali1

Considerazioni finali

L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo


Considerazioni finali2

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 finali3

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


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