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

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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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Presentation Transcript
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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

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Il mondo è fatto di atomi!

(circa 100 specie diverse)

Mendeleev, 1869

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Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?

L’esperimento di

Rutherford, primi anni

del 1900

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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.

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Allora il mondo

è fatto di nuclei

ed elettroni...

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Ma il nucleo atomico ha una sua struttura!

Costituito da protoni e neutroni

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Le particelle elementari intorno al 1930

Adesso ho capito: il mondo

è fatto di protoni, neutroni

ed elettroni...

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Esistono altre particelle in natura?

Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente:

Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)

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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)

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

slide27
La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Muoni

Omega

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

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La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

slide30
La giungla delle particelle

Dagli anni ‘50 in poi…..

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

…..

….

….

Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

….

slide31
E inoltre quella delle antiparticelle...

Lambda

Eta

Kaoni

Neutrini

Rho

Muoni

Omega

Pioni

Xi

…..

….

….

Ogni particella ha la sua antiparticella!

….

slide33
Mi chiedo di cosa

sia fatto il mondo….

slide35
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.
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Le particelle elementari nel modello standard

6 quarks

6 leptoni

4 portatori di forza

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Le 4 forze fondamentali

Gravità

Elettromagnetismo

Forza forte

Forza debole

Ma forse sono aspetti diversi di un’unica forza

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I problemi aperti

I raggi cosmici di altissima energia

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I problemi aperti

Il deconfinamento dei quarks e gluoni

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I problemi aperti

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

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I problemi aperti

L’unificazione delle forze

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I problemi aperti

Le oscillazioni del neutrino

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I problemi aperti

Il ruolo della materia e dell’antimateria nell’Universo

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I problemi aperti

La materia oscura

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Questi problemi riguardano allo stesso tempo

la comprensione della struttura della materia attuale

ma anche

le prime fasi evolutive dell’Universo

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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

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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

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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

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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

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Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra

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

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Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra

Gestito e supportato da vari Paesi europei

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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 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 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

ad