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

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Presentazione sul tema: "F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002."— Transcript della presentazione:

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

8 L’atomo all’inizio del ‘900L’atomo di Thompson L’atomo di Rutherford e Bohr L’atomo quantistico La struttura del nucleo Il nucleo oggi

9 Le forze fondamentali interazioni per spiegare tutto l’Universo !!

10 Bosone di Higgs Mediatori di Forze Z bosone W  fotone g gluone Famiglie di materia Famiglie di materia  tau   -neutrino b bottom t top III  muone   -neutrino s strange c charm II e elettrone e e-neutrino d down up uI Leptoni Quarks ? Gravità il fantasma dell’opera FermioniBosoni Il Modello Standard

11 ATLAS experiment at LHC

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13 Le applicazioni che queste conoscenze hanno reso possibili hanno effetti sempre piu' importanti anche nella vita quotidiana => FISICA E SOCIETA’

14 Fisica e Societa’: - fisica e medicina: diagnosi e terapia; - fisica e l’arte; - fisica e investigazioni scientifiche; - fisica e problemi del mondo – es. sminamento; - fisica e comunicazioni; - fisica e …di piu’

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16 Positron Electron Tomography Si tratta di una moderna tecnica medica per visualizzare organi interni.

17 CERN e Athena

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19 Dall’annichilazione di 0.5 g di materia con 0.5 g di antimateria risulta l’energia equivalente con quella della bomba nucleare che ha distrutto Hiroshima E=mc 2

20 Pero’….al CERN produciamo ~ 10 7 antiprotoni al secondo; in un grammo di antimateria (anti-idrogeno) ci sono 6x10 23 antiprotoni. Risulta che per avere 1g di antimateria ci servono 6x10 16 secondi, ovvero 2 miliardi di anni! Piu’ problemi tecnici….

21 Positron Electron Tomography Al paziente viene iniettata una sostanza radio- farmacologica (prodotta da un ciclotrone) con una vita media piuttosto breve. La sostanza iniettata raggiunge l’organo che si vuole visualizzare (cuore, cervello etc…) dove emette positroni  l’annichilazione dei positroni con gli elettroni presenti del corpo produce 2  emessi in direzione opposta La sostanza iniettata raggiunge l’organo che si vuole visualizzare (cuore, cervello etc…) dove emette positroni  l’annichilazione dei positroni con gli elettroni presenti del corpo produce 2  emessi in direzione opposta Si tratta di una moderna tecnica medica per visualizzare organi interni. Un apparecchiatura PET ha ~ rivelatori di  rivaltori BGO di spessore 3 cm

22 Le risoluzioni spaziali ottenibili con la PET dipendono dal radioisotopo usato ~ 2 mm  e 4 mm z Per ricostruire immagini tridimensionali sono necessari software di ricostruzione molto sofisticati che tengano conto dei fenomeni di diffusione attenuazione falsi eventi. Positron Electron Tomography

23 Immagine di un tumore al seno ottenuta con la tecnica PET, la dimensione della massa tumorale e` di qualche mm = diagnosoi precoce!!! La PET oggi e` molto diffusa e praticata grazie anche agli enormi progressi fatti nella produzione di cristalli BGO a basso costo da parte degli esperimenti di fisica delle particelle. La PET oggi e` molto diffusa e praticata grazie anche agli enormi progressi fatti nella produzione di cristalli BGO a basso costo da parte degli esperimenti di fisica delle particelle. Immagini del cervello Positron Electron Tomography

24 La Tomografia Computerizzata

25 La Tomografia Computerizzata (TC) consente di ricostruire sezioni trasversali del corpo umano.

26 Source Detector Linear scan Angular scan Principio di funziomento di un tomografo TC

27 Hounsfield Units Assign calibrated values to gray scale of CT images Based on measurements with the original EMI scanner invented by Hounsfield Relates the linear attenuation coefficient of a local region  to the linear attenuation coefficient of water,  70 keV (=E eff ).

28 Evoluzione del Tomografo TC Sviluppo di nuovi sistemi, fondati su differenti principi di scansione, nell’intento primario di abbreviare la durata dell’esame. Sviluppo ed utilizzo di nuovi e più perfezionati componenti al fine di migliorare la qualità dell’immagine. Impiego di sistemi di calcolo più potenti. Sviluppo di software applicativi per il post-processing dei dati

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32 Spiral CT Continuous linear motion of patient table during multiple scans Increased coverage volume / rotation Pitch: Number of slice thicknesses the table moves during one rotation (typically ~1-2) pitch

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38 The 3,300-year-old mummy of King Tutankhamun is scanned to assess the need for restoration and also to attempt to discover the cause of his early death (January 2005) ( Computed Tomography Imaging (CT Scan )

39 Adroterapia I melanomi oculari sono curabili quasi esclusivamente con terapie adroniche I melanomi oculari sono curabili quasi esclusivamente con terapie adroniche Il trattamento con protoni permette di depositare quantita` di energia controllate direttamente nella regione tumorale Il trattamento con protoni permette di depositare quantita` di energia controllate direttamente nella regione tumorale Gli "Adroni" possono essere usati nella terapia di forme tumorali particolari. Infatti portati all’energia giusta da una macchina acceleratrice, sono in grado di danneggiare i tessuti malati soltanto alla fine del loro percorso nel corpo del paziente, in corrispondenza del tumore stesso

40 Adroterapia Dall'ottobre 2007, l'Italia sarà uno dei pochissimi Paesi al mondo a disporre di una apparecchiatura d'avanguardia per il trattamento dei tumori. Presso Pavia, sorgerà il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (Cnao) che disporrà di un acceleratore di particelle che emette sia protoni che ioni di carbonio realizzato grazie alle conoscenze dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. E' una dimostrazione di come anche la ricerca di base, nel caso particolare quella sulle particelle, è a disposizione dei cittadini e consenta delle "ricadute" applicative in grado di migliorare le terapie per il trattamento di particolari tumori (come quelli del polmone, fegato, prostata e midollo spinale) non curabili con la tradizionale radioterapia. Questa infatti non è in grado di penetrare senza danni fino ad organi che si trovano in profondità nel corpo umano, mentre con gli ioni carbonio si arriva a colpire, con un fascio estremamente preciso (due millimetri), le cellule cancerose fino a profondità di centimetri, in pratica in ogni parte dell'organismo.

41 Adroterapia

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47 Fisica e Societa’: - fisica e medicina: diagnosi e terapia; - fisica e l’arte; - fisica e investigazioni scientifiche; - fisica e problemi del mondo – es. sminamento; - fisica e comunicazioni; - fisica e ….di piu’

48 Generalita’ sulle tecniche Le tecniche analitiche utilizzabili sono rivolte principalmente all’ottenimento di informazioni necessarie agli studi nei campi di seguito elencati, di certo non completamente esaustivi Autenticita’ Datazione diretta Datazione indiretta Analisi di provenienza e collocazione storico artistica Valutazione dello stato di conservazione Scelta della tecnica piu’ appropriata per il restauro

49 In linea di massima ogni tecnica nata per lo studio dei materiali puo’ essere applicata in maniera soddisfacente nel campo dell’archeometria purche’ vengano rispettate le esigenze di seguito elencate. Non distruttivita’Non invasivita’ Adattabilita’ a varie forme e materiali Accuratezza quantitativa Rapidita’ di esecuzione delle misure Limite di rivelazione piccolo

50 Sorgente Rivelatore Manufatto

51 Il campo di indagine e’ molto vasto: I materiali lapideiI materiali fittili I materiali lignei I materiali metallici I vetri I dipinti su tela I dipinti su tavola Gli affreschi Le pergamene

52 Esempi di analisi Non Distruttive Tecniche fotografiche speciali Riflettografia IR Radiografia Fluorescenza X Tomografia Gammagrafia Termografia Olografia Ultrasuoni

53 Ogni elemento, sottoposto ad una certa radiazione, emette a sua volta un’onda elettromagnetica che,ordinata per frequenza nello spettro, dà importanti informazioni sull’elemento che l’ha emessa: infatti la radiazione è caratteristica dell’elemento emettitore e dalla misura dell’energia e della quantita' degli X emessi si risale agli elementi presenti nel campione e alla loro concentrazione. Ogni campione produce dunque uno spettro caratteristico. Nello spettro di fluorescenza dell’affresco di Lorenzo Lotto si nota la presenza di ferro (Fe) e di oro (Au). Arte e Fisica

54 Pentimenti Le Sueur – musa Urania (particolare)

55 Analisi dei pigmenti Leonardo Da Vinci – La Gioconda

56 Riutilizzo tela Rembrandt – Ritratto di giovane uomo Titus

57 XRF inchiostro Raffaello de Mercatellis manoscritto n.109

58 XRF bronzo studio della patina e della lega in vari punti Cellini - Perseo Esempio di influenza della patina sullo spettro.

59 XRF bronzi

60 Fisica e Societa’: - fisica e medicina: diagnosi e terapia; - fisica e l’ arte; - fisica e investigazioni scientifiche; - fisica e problemi del mondo – es. sminamento; - fisica e comunicazioni; - fisica e …di piu’

61 Investigazioni scientifiche: (es. RIP di Parma) Hanno il camice bianco, i guanti di lattice, la mascherina. Ma sotto portano la divisa e i gradi dell'Arma. Sono gli uomini del Racis, il Raggruppamento carabinieri investigazioni scientifiche che operano in tutta Italia sul fronte delle indagini più delicate e dei crimini più efferati. Uomini che sfruttano le moderne tecnologie delle scienza per individuare tracce, analizzare reperti, studiare fino al minimo dettaglio la scena del delitto. Il loro lavoro presuppone una formazione specifica (scientifica) rispetto a quella dei militari tradizionali.crimini più efferati

62 Alla caccia delle tracce del sangue

63 Alla caccia del sangue

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65 Strumentazione all’avanguardia

66 Microscopio elettronico

67 Microscopio elettronico: polvere da sparo

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69 Lo sminamento umanitario

70 L’energia nucleare, così devastante in guerra, può essere una preziosa alleata in tempo di pace. Un esempio: le MINE ANTIUOMO. Ogni anno: vittime per “vecchie” mine antiuomo (20% bambini). Sminamento “classico” troppo costoso: ispezione del terreno con sensori di anomalia  allarme  estrazione e neutralizzazione esplosivo tempo: > 30 minuti costo: $ falsi allarmi: 99 %

71 Lo sminamento umanitario Tutti gli esplosivi contengono azoto in gran quantità (20-30%, contro il <2 % normale)  I terreni minati sono ricchissimi di azoto

72 Il nucleare contro le mine antiuomo Bombardando con neutroni il terreno, si può rivelare una anomala quantità di azoto. Reazione di cattura neutronica: 14 N + n  15 N +  (E  =10.8 MeV) Metodo proposto: tubo portatile (dimensioni 50 cm) azionato da robot neutroni da fissione spontanea di 252 Cf rivelazione dell’energia mediante scintillatori analisi automatica (computer) durante le successive ispezioni intervento umano solo dopo la conferma

73 Fisica e Societa’: - fisica e medicina: diagnosi e terapia; - fisica e l’arte; - fisica e investigazioni scientifiche; - fisica e problemi del mondo – es. sminamento; - fisica e comunicazioni; - fisica e …di piu’

74 Rivelatori oggi (CERN)

75 Sono figlio della fisica

76 Ritmo di sviluppo tecnologico Velocità di sviluppo della tecnologia ( legge di MOORE ) Raddoppio ogni 18 mesi anno crescita

77 Sorgente: Intel e Datapro Reports Ritmo di sviluppo tecnologico La crescita esponenziale della potenza di elaborazione dei computer alimenta la crescita di applicazioni che richiedono ampie larghezze di banda La forbice fra l’aumento della potenza di elaborazione e le capacità di telecomunicazione continua ad allargarsi

78 CRESCITA UTENTI COMUNICAZIONI MOBILI

79 Sorgente: DaimlerChryslerAerospace

80 Servizi mobili Servizi multimediali in ambiente Mobile Sorgente: DaimlerChryslerAerospace

81 Servizi multimediali in ambiente Residenziale

82 Sistema Satellitare

83 The Global Position System (GPS)

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87 The Global Position System (GPS) e la relativita’! 1 orbit ~ 12 hours  t 01 – t 01 ’ ~ s   D ~ 18 m v = 3.87 Km/s t 01 – t 01 ’  t 01 Due to other effects connected to general relativity  D ~ 100 m

88 Fisica e Societa’: - fisica e medicina: diagnosi e terapia; - fisica e l’arte; - fisica e investigazioni scientifiche; - fisica e problemi del mondo – es. sminamento; - fisica e comunicazioni; - ….e di piu’

89 Escher, Mani, 1948

90 Escher, Relativita’ 1953

91 Escher, Salita e discesa 1960

92 Domingo Notaro, Occhio Luce Pluriverso 1980

93 Domingo Notaro, Quasiquasar 1999

94 Domingo Notaro, Soglia n.2

95 Scienza (fondamentale) Le persone Conoscenza utilizzabile TecnologieMetodi Cultura scientifica Hardware Sviluppo delle capacita’ intellettuali Software U. Amaldi (2000)

96 Einstein “L’esperienza piu’ bella che possiamo avere e’ il mistero. E’ l’emozione fondamentale alla base della vera arte e della vera scienza. Chi non sa cos’e’ e non sa piu’ sognare o meravigliarsi, e’ come morto, e il suo sguardo e’ spento.”


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