La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 Rivelazione di particelle roberto spighi, Bologna 13 marzo 2014 10th International Masterclasses 2014 Un ’ iniziativa EPOG European Particle-Physics.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 Rivelazione di particelle roberto spighi, Bologna 13 marzo 2014 10th International Masterclasses 2014 Un ’ iniziativa EPOG European Particle-Physics."— Transcript della presentazione:

1 1 Rivelazione di particelle roberto spighi, Bologna 13 marzo th International Masterclasses 2014 Un ’ iniziativa EPOG European Particle-Physics Outreach Group con la partecipazione della sezione INFN di Bologna Bologna, Roma, Atene, Palaiseau, Santander

2 2 L ’ importanza dello studio delle particelle Perchè usare acceleratori sempre più potenti Rivelazione delle particelle Riconoscimento di eventi particolari Indice

3 3 ATOMO  m (0.1 miliardesimo di metro) elettrone Protoni e neutroni Bohr Rutherford conoscere ciò che ci circonda Tutta la materia che ci circonda è fatta di atomi Sono i costituenti ultimi? NUCLEO  m Si può andare ancora nel più piccolo?

4 4 Per vedere il mondo microscopico non possiamo usare gli occhi Ci dobbiamo servire di altri strumenti bacchetta sottile bastone grosso riconosco parti con dimensioni ~ sezione della bacchetta Testa, occhi, naso... Corpo studiare il mondo senza vederlo

5 5 Perchè gli acceleratori? -1 Per vedere le particelle devo avere “ bacchette ” piccolissime Particelle stesse λ~ 1/p p è la quantità di moto (proporzionale all’energia) dualismo onda-corpuscolo: le particelle si comportano come onde e la loro dimensione è la lunghezza d ’ onda associata λ PICCOLA ACCELERATORI PIU ’ POTENTI SONO  PIU ’ VEDONO IL PICCOLO particelle con GRANDE ENERGIA Se voglio vedere oggetti piccoli λ

6 6 Perchè gli acceleratori? 2 E = Mc 2 MASSA ENERGIA + ACCELERATORE POTENTE  + PRODUCE PARTICELLE ALTA ENERGIA  PRODUCONO ALTRE PARTICELLE  STUDIO INFINITAMENTE PICCOLO PIONI KAONI MUONI

7 7 N V E=100 eV Campi elettrici per accelerare Campi magnetici per curvare Acceleratori: come funzionano particelle prodotte riscaldando filamenti (elettroni) o per ionizzazione (es H senza e - = protone) o con urti (antiparticelle) particelle corrono dentro dei tubi S Traiettorie circolari

8 8 I primi acceleratori Sorgente di particelle Acceleratore lineare Acceleratore circolare

9 9 Acceleratori: a bersaglio fisso e collider Bersaglio fisso Collider Acceleratore E = mc 2 Energia  materia (particelle) bersaglio

10 10 LHC CERN (GINEVRA) 27 KM CIRC. Bunch protoni 2012: > urti/s E = 8 TeV (> eurostar a 200 km/h) CERN Bunch protoni Beam pipe

11 11 I 4 esperimenti di LHC ATLAS CMS ALICE LHC-B

12 12 UN URTO AD LHC Centinaio di particelle prodotte: ricostruirle e riconoscerle  apparati molto grandi  separo le varie particelle  struttura a “ cipolla ”  in ogni strato lasciano un segnale

13 13 rivelatori di particelle  Posizione  Direzione del moto  Energia/impulso  tempo di vita  Tipo di particella Cosa dobbiamo sapere di ogni particella? Identificazione cinematica  tracciatori TUTTO !! Beam pipe e protoni impulso identificazione evento

14 14 Tracciatori e rivelatori di vertice la rivelazione delle particelle si basa sugli effetti prodotti dal loro passaggio nella materia Particelle cariche: se attraversano un mezzo incontrano atomi  forza di Coulomb Ionizzano Segnale elettrico Filo carico Mezzo (gas o anche solido) Ricostruita la traiettoria della particella + -

15 15 CMS: Tracciatori e rivelatori di vertice Silicon Tracker: 13 strati 76 M canali Pixel: 100x150 μm Precisione sul vertice ~ 15 μm Strip: 80 x 180 μm 25 cm x 180 μm Precisione su impulso = 1.5%

16 16 Misura dell ’ impulso (o quantità di moto) Fatto dal tracciatore con il campo magnetico Forza di lorentz: tra una carica ed un campo magnetico si esercita una forza Raggio di curvatura modulo dell ’ impulso mv e la carica q N Impulso maggiore (+) Impulso minore (+) Carica opposta - S rivelazione

17 17 Magnete superconduttore di CMS solenoide B = 4 Tesla 100 K > terra Lungo 13 m Diametro 6 m Peso ~ 12 T T = -269 °C

18 18 Il riconoscimento delle particelle Parte interna dedicata al tracciamento Parte esterna dedicata al riconoscimento (ed anche al tracciamento)  Calorimetri  Elettromagnetico  Adronico  Rivelatori di muoni Particella viaggia ~ indisturbata Particelle ~ “ distrutte ”  collidono con materiali densi identificazione

19 19 Il calorimetro elettromagnetico Piombo strati di materiale denso alternati a strati di rivelatore di γ  effetto a catena (sciame em)  particelle perdono energia  sciame si esaurisce bremstrahlung Calorimetri riconoscere e ±,γ

20 20 p, n, π  urtano atomi del calorimetro  creano altre particelle Il calorimetro adronico Riconoscere p, n e π (protoni, neutroni, pioni) e misura energia P, n, π strati di Fe alternati a strati di rivelatore Sciame adronico Sciame elettromagnetico...  Inizia dopo  Più aperto  Meno simmetrico calorimetri

21 21 rivelatori di muoni Rivela muoni e ne misura l ’ impulso Muoni sono “ poco interagenti ”  se attraversano materiali perdono poca energia  ~unici ad arrivare a questo rivelatore Rivelatore più esterno e più grande

22 22 Identificazione delle particelle rivelazione

23 23 Riconoscimento delle principali particelle Elettroni Positroni muoni gamma Adroni neutri (neutroni) Adroni carichi (protoni) neutrini Tracciatore Calo em Tutti Tracciatore Calo adr Calo em Calo Adr

24 24 Ricostruzione degli eventi, Z 0 Z 0 particella instabile  decade, non si misura direttamente Z0Z0 μ + (e + ) μ - (e - ) Tempo (s) 0 3x Spazio (m) Z 0  ricostruita da e/μ o con conservazione Energia/Impulso MASSA ± GeV

25 25 CMS: Evento con Z 0 : visione in prospettiva Tracciatore Rivelatore di muoni

26 26 CMS: Evento con Z 0 : visione trasversa tracciatore calorimetri Rivelatore di muoni 2 tracce cariche che arrivano al rivelatore di muoni 2 MUONI di carica opposta carica +  senso orario Z0  μ+μ-Z0  μ+μ-

27 27 Ricostruzione degli eventi, W W  particella instabile: creata, vive e decade W+W+ μ + (e + ) νμ(νe)νμ(νe) W+  μ+ νμW+  μ+ νμ W-  μ- νμW-  μ- νμ W+  e+ νeW+  e+ νe W-  e- νW-  e- ν Riconoscere μ e ν ν  invisibile: si ricostruisce come energia mancante

28 28 CMS: Evento con W: visione in prospettiva Tracciatore Rivelatore di muoni

29 29 CMS: Evento con W: visione trasversa tracciatore calorimetri Rivelatore di muoni molta energia mancante (freccia gialla lunga) NEUTRINO Traccia carica che si ferma nel cal em ELETTRONE WeνWeν

30 30 Ricostruzione degli eventi, Higgs μ + μ - e+e-e+e- Z0Z0 Z0Z0 H H γ γ γ H  Z 0 Z 0  μ + μ - e + e -, μ + μ - μ + μ -, e + e - e + e - HH γγ

31 31 CMS: Evento con H: visione in prospettiva Calorimetro Rivelatore di muoni H  Z 0 Z 0  μ + μ - e + e -

32 32 CMS: Evento con H: visione trasversa 2 fotoni (segnale nel cal em) H  Z 0 Z 0  μ + μ - e + e - HH γγ 2 elettroni 2 muoni

33 33 questo è un bell ’ esercizio basato su dati veri è la fisica di maggior interesse oggi la tecnologia associata è al massimo livello di sviluppo se deciderete di fare fisica noi Conclusioni Grazie a tutti, studenti e professori Vi accoglieremo a braccia aperte

34 34 Backup slides

35 35 I numeri di LHC  Macchina più grande al mondo  27 km quasi tutti in Francia  protone fa giri/s  posto più freddo e più caldo dell’universo  magneti superconduttori -271 C = 1.9 K  nell’urto la “temperatura” è 1000 miliardi > T sole  costi  tot 6 miliardi € (1 anno camera+senato ~ 2 miliardi €)  ITALIA ~700 milioni €  ritorno di ~1.5 volte  700 ricercatori italiani coinvolti

36 36 I primi acceleratori Scoperte: muoni (1936), pioni, kaoni (1947),... particella aria urto Stato finale Raggi cosmici  particelle provenienti dallo spazio primo acceleratore costruito dall ’ uomo

37 37 I primi rivelatori di particelle CAMERE A BOLLE Anni 50/70  fascio mandato dentro volume di gas  foto Camera a bolle Particelle cariche ionizzano un liquido vicino all ’ ebollizione lasciando una scia di “ bollicine ” lungo la traiettoria Bellissime perchè vedevi tutto, ma lente e non triggerabili (  foto quasi tutte vuote)


Scaricare ppt "1 Rivelazione di particelle roberto spighi, Bologna 13 marzo 2014 10th International Masterclasses 2014 Un ’ iniziativa EPOG European Particle-Physics."

Presentazioni simili


Annunci Google