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


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


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 di

Rutherford, 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 nuclei

ed elettroni...


Ma il nucleo atomico ha una sua struttura!

Costituito da protoni e neutroni


Le particelle elementari intorno al 1930

Adesso ho capito: il mondo

è fatto di protoni, neutroni

ed elettroni...


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…..

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Omega

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...


La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

…..

….

….

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

….


E inoltre quella delle antiparticelle...

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

…..

….

….

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


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


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

25 Nazioni

Circa 80 Istituzioni


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

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


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