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F.Riggi, Corso presso lITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009 Dal Microcosmo al Macrocosmo Viaggio attraverso le potenze di 10.

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1 F.Riggi, Corso presso lITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009 Dal Microcosmo al Macrocosmo Viaggio attraverso le potenze di 10

2 Di che cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene insieme? Rodin, Il pensatore

3 La dottrina dei 4 elementi

4 Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme

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8 Il mondo è fatto di atomi! (circa 100 specie diverse) Mendeleev, 1869

9 Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili? Lesperimento di Rutherford, primi anni del 1900

10 Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?

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13 La struttura dellatomo Latomo è quasi interamente vuoto. Solo una piccola zona al suo centro è occupato dal nucleo. Attorno ad esso si muovono gli elettroni.

14 Allora il mondo è fatto di nuclei ed elettroni...

15 Ma il nucleo atomico ha una sua struttura! Costituito da protoni e neutroni

16 Adesso ho capito: il mondo è fatto di protoni, neutroni ed elettroni... Le particelle elementari intorno al 1930

17 Esistono altre particelle in natura?

18 Oh YES!

19 Esistono altre particelle in natura? Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente: Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)

20 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)

21 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

22 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Muoni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

23 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

24 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

25 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Eta Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

26 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Eta Lambda Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

27 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Xi Eta Lambda Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

28 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Xi Omega Eta Lambda Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

29 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Xi Omega Rho Eta Lambda Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

30 La giungla delle particelle Dagli anni 50 in poi….. Pioni Neutrini Muoni Kaoni Xi Omega Rho Eta Lambda …. ….. Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...

31 E inoltre quella delle antiparticelle... Pioni Neutrini Muoni Kaoni Xi Omega Rho Eta Lambda …. ….. Ogni particella ha la sua antiparticella!

32 Sono tutte realmente elementari?

33 Mi chiedo di cosa sia fatto il mondo….

34 Il mondo è fatto di quarks?

35 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.

36 Le particelle elementari nel modello standard 6 quarks 6 leptoni 4 portatori di forza

37 Le 4 forze fondamentali Gravità Elettromagnetismo Forza forte Forza debole Ma forse sono aspetti diversi di ununica forza

38 Una ricetta per il mondo...

39 Il Modello Standard lascia comunque aperti molti problemi:

40 I problemi aperti I raggi cosmici di altissima energia

41 I problemi aperti Il deconfinamento dei quarks e gluoni

42 I problemi aperti Leventuale esistenza di unulteriore particella: il bosone di Higgs, prevista dal modello ma finora non osservata

43 I problemi aperti Lunificazione delle forze

44 I problemi aperti Le oscillazioni del neutrino

45 I problemi aperti Il ruolo della materia e dellantimateria nellUniverso

46 I problemi aperti La materia oscura

47 Questi problemi riguardano allo stesso tempo la comprensione della struttura della materia attuale ma anche le prime fasi evolutive dellUniverso

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

49 Alcuni fatti salienti dopo il Big Bang: T = 0 ? T 0, secondi: formazione protoni e neutroni T 3 minuti: formazione dei primi nuclei T anni: formazione dei primi atomi T 1 miliardo di anni: formazione delle galassie T 15 miliardi di anni: formazione del Sole

50 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? Lenergia stessa di tutto lUniverso

51 0, secondi cioè s Il tempo di Planck La Fisica rinuncia a investigare per ragioni di principio ciò che è antecedente a questo tempo

52 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

53 Il Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso

54 Un laboratorio realizzato in una miniera abbandonata in Giappone

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

56 In che modo riusciamo a vedere le cose?

57 Che strumenti abbiamo bisogno per vedere gli oggetti?

58 Gli acceleratori di particelle

59 Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra Un complesso di acceleratori ad energie e dimensioni crescenti per lo studio della struttura della materia

60 Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra Gestito e supportato da vari Paesi europei

61 Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra Il tunnel dellacceleratore SPS (ancora in funzione), con una circonferenza di 6 km

62 Il futuro al CERN: lacceleratore LHC, un anello da 27 km di circonferenza Entrerà in funzione nel A quella data dovranno essere pronti anche i 4 apparati di rivelazione previsti

63 Lesperimento ALICE

64 Oltre 1000 ricercatori

65 Lesperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori Circa 80 Istituzioni

66 Lesperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori Circa 80 Istituzioni 25 Nazioni

67 Lesperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori Circa 80 Istituzioni 25 Nazioni Hanno lavorato per oltre 10 anni ( ) alla progettazione e costruzione dellapparato e per almeno 10 anni ( ) alla raccolta e allanalisi dei dati sperimentali

68 La gestione dei dati I grandi esperimenti di fisica producono una quantità impressionante di dati: Stima per lesperimento ALICE: dellordine dei Gbytes /s (circa 1000 elenchi telefonici al secondo) Per la sola analisi di questi dati serviranno circa calcolatori che lavorino senza interruzione 24 h al giorno!

69 Considerazioni finali

70 Lindagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo

71 Considerazioni finali Lindagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo La categoria dellimprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica

72 Considerazioni finali Lindagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo La categoria dellimprevisto 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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