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Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica 2005 1 Extreme Energy Events Progetto La Scienza nelle Scuole EEE Extreme Energy.

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1 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Extreme Energy Events Progetto La Scienza nelle Scuole EEE Extreme Energy Events Marco Selvi – Università di Bologna & INFN

2 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Obiettivo Portare la Scienza nel cuore dei giovani tramite il loro coinvolgimento diretto in un esperimento di Fisica che studia le frontiere della conoscenza attuale: i raggi cosmici di altissima energia.

3 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Progetto EEE: La scienza nelle scuole GPS In ogni scuola: un telescopio per raggi cosmici

4 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica La presentazione del progetto Il professor Antonino Zichichi, ideatore del progetto EEE, assieme al ministro dellIstruzione, Università e Ricerca Letizia Moratti e al direttore del CERN R. Aymar, durante la visita ai laboratori del CERN di Ginevra, per la presentazione del progetto EEE CERN: 3 maggio 2004

5 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Lo schema del progetto Per la realizzazione del Progetto EEE si prevede il seguente schema di attività. 1) I materiali, le attrezzature e le strumentazioni necessari alla costruzione e alla successiva messa in funzione del telescopio saranno acquistati e forniti dal CERN e dalle Sezioni INFN o eventualmente dai Dipartimenti di Fisica coinvolti nel Progetto. Saranno trasportati e raggruppati presso tali Strutture di Ricerca. 2) Nella fase iniziale, gli alunni della Scuole in cui saranno montati i telescopi EEE si recheranno presso le Strutture di Ricerca più vicine (situate nella loro stessa città o nella città più vicina) per partecipare direttamente alla costruzione dei rivelatori MRPC che costituiscono i telescopi. Gli alunni avranno così la possibilità di partecipare a veri e propri stage di training tecnico-scientifico, a diretto contatto con il mondo della Ricerca. 3) In parallelo, il personale scientifico e tecnico delle Strutture di Ricerca predisporrà presso le Scuole, con la collaborazione degli alunni delle Scuole, tutte le strumentazioni e attrezzature necessarie per linstallazione dei telescopi EEE.

6 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Lo schema del progetto 4) I rivelatori MRPC costruiti nelle Strutture di Ricerca verranno poi trasportati nelle Scuole, dove si procederà alla fase di montaggio e messa in funzione dei telescopi EEE. Tale fase sarà di nuovo espletata grazie allintervento del personale scientifico e tecnico delle Strutture di Ricerca in collaborazione con gli alunni delle Scuole. 5) In fase di funzionamento, quando i telescopi EEE saranno in grado di acquisire dati scientifici, sarà compito degli alunni delle Scuole garantire loperatività costante dei telescopi, ed eseguire una serie di regolari controlli e misure. Il personale delle Strutture di Ricerca garantirà unassistenza e una vigilanza costante dei telescopi presso le Scuole. 6) A regime, gli alunni delle Scuole dotate di telescopi EEE saranno resi partecipi dellanalisi dei dati raccolti e dei risultati ottenuti. Saranno anche coinvolti in unazione più vasta e generale di promozione della Cultura Scientifica. Ciò potrà avvenire tramite strumenti multimediali e tramite ulteriori stage presso le Strutture di Ricerca e presso la Fondazione e Centro di Cultura Scientifica Ettore Majorana (FCCSEM) di Erice.

7 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Lo stato del progetto Il progetto ha avuto inizio nel 2005 con la partecipazione di un primo gruppo di Scuole Secondarie Superiori che vanno dallestremo Nord al limite Sud della nostra penisola. La costruzione dei telescopi è stata effettuata da rappresentanti delle scuole (studenti ed insegnanti) supportati da personale di: Centro Fermi, Sezioni INFN (Bologna, Cagliari, Catania, LNF, LNGS, Lecce e Torino) Le sette scuole pilota si trovano nelle città di: Bologna, Cagliari, Catania, Grottaferrata (Roma), LAquila, Lecce e Torino. Il periodo iniziale sarà seguito dalla estensione del progetto in modo da permettere a tutte le Scuole interessate di partecipare a questa impresa di diffusione della Cultura Scientifica attraverso la realizzazione di un esperimento di grande attualità.

8 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Distribuzione sul territorio nazionale delle sette scuole pilota nelle quali verranno installati i primi telescopi. Bologna Cagliari Catania Grottaferrata (Roma) LAquila Lecce Torino

9 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Distribuzione sul territorio nazionale delle scuole interessate al progetto. ALESSANDRIA ASTI BOLOGNA CAGLIARI CARPI (Modena) CATANIA FRASCATI (Roma) GALLIPOLI (Lecce) GENOVA GROTTAFERRATA (Roma) LANCIANO (Chieti) LAQUILA LA SPEZIA LECCE LUGO (Ravenna) MANTOVA MESSINA MILANO PARMA PERUGIA PESCARA PIACENZA PISA REGGIO EMILIA ROMA SALEMI (Trapani) SALERNO SAVONA TORINO TRAPANI

10 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica I raggi cosmici

11 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica I Raggi Cosmici I raggi cosmici sono stati scoperti da Victor Franz Hess ( ) nel 1912, il quale si accorse che un elettroscopio si scaricava più rapidamente se portato in altitudine tramite un pallone aerostatico, piuttosto che al livello del mare.

12 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica I Raggi Cosmici Carl David Anderson ( ) e la camera a nebbia (immersa in un campo magnetico) con la quale nel 1932, osservò la traccia lasciata daqualcosa carico positivamente, e con la stessa massa di un elettrone". Egli aveva cioè osservato per la prima volta unantiparticella, lelettrone positivo o positrone.

13 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica I Raggi Cosmici I raggi cosmici presentano attualmente, a quasi cento anni dalla loro scoperta, degli aspetti che non sono completamente conosciuti: la loro composizione, il meccanismo di accelerazione, la forma dello spettro alle energie più elevate (> eV)

14 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Sciami estesi

15 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica R = distanza del muone dal centro dello sciame (Km) Densità di muoni al suolo per m 2 R Distribuzione laterale dei

16 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica km Simulazione al calcolatore di uno sciame cosmico generato in atmosfera (a 15 Km di quota) da un protone cosmico avente unenergia di elettronvolt. Al suolo arrivano 1 milione di muoni (puntini rossi) che si distribuiscono su unarea di almeno 2 km di raggio. Nellesempio, i muoni ricoprono il centro storico della città di Bologna.

17 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Il rivelatore

18 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Rivelatore MRPC

19 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Rivelatore MRPC

20 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Rivelatore MRPC

21 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Rivelatore MRPC

22 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Costruzione dei rivelatori Due studentesse di scuola superiore impegnate, nel giugno 2005, presso i laboratori del CERN di Ginevra, nella costruzione di un piano MRPC del telescopio.

23 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Risoluzione temporale MRPC Risoluzione temporale migliore di 100 ps !!

24 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica GPS Il Sistema di Posizionamento Globale (GPS) è un sistema di navigazione adatto a fornire in tempo reale le coordinate geografiche (latitudine, longitudine e altitudine) del ricevitore di un utente. Dalla sequenza temporale di tali misure, il GPS può dare anche informazioni sulla velocità e sul percorso del ricevitore. Infine, se lutente rimane fermo in una determinata posizione, il GPS può ottenere informazioni molto precise sulla sincronizzazione della scala temporale del ricevitore (tempo locale) rispetto allUTC (Universal Coordinated Time, ossia Tempo Coordinato Universale) che oggi è il sistema di riferimento per la misura del tempo accettato in tutto il mondo. La sincronizzazione fra i segnali rivelati nei diversi telescopi sarà effettuata tramite il GPS

25 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Il telescopio

26 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Il telescopio 82 cm 160 cm 100 cm

27 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica #15 #13 #19 Scintillatore #1 Scintillatore #2 Costruzione del telescopio Telescopio completato, trasportato e messo in acquisizione dati presso i LNF

28 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica d = distanza verticale fra i piani (cm) Rate di muoni (s -1 ) La traccia del muone è ricostruita se attraversa tutti i tre piani di MRPC d Numero di muoni in ogni telescopio Modificando la distanza fra i piani cambia laccettanza del rivelatore e quindi anche il numero di muoni rivelati.

29 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Risoluzione angolare Considerando le dimensioni delle strip di lettura del segnale (34 mm di larghezza x 10 mm di risoluzione longitudinale), si può valutare la risoluzione angolare nel riconoscimento della direzione dei muoni.

30 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Molti telescopi in una stessa città

31 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica per esempio a Bologna 1 km

32 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Bologna eV10 19 eV Oltre eV circa 120 y -1 Supponiamo di installare un telescopio in ognuna delle 24 scuole superiori della città di Bologna. La distanza media fra le scuole è dellordine di metri. Con tale configurazione si possono studiare sciami di particelle indotti da raggi cosmici primari di energia ancora più elevata: eV. Il numero atteso di eventi è circa 1100 allanno, se si richiede che almeno 4 telescopi siano colpiti.

33 Progetto La Scienza nelle scuole EEE – Marco Selvi – Comunicare Fisica Conclusioni Il progetto EEE nasce con lo scopo di portare la Scienza nel cuore dei giovani, coinvolgendoli direttamente in un esperimento scientifico su un campo della fisica attualmente di frontiera: lo studio dei raggi cosmici. I raggi cosmici hanno aperto le porte della fisica subnucleare. Presentano attualmente aspetti non noti, quali la loro composizione, il meccanismo di accelerazione, la forma dello spettro alle energie più elevate (> eV). Inoltre ci sono forti segnali di correlazione fra i raggi cosmici e la vita sulla Terra: clima, mutazioni genetiche, … I ragazzi delle scuole sono e saranno coinvolti in: –Costruzione dei telescopi –Analisi dei dati –Relazione della attività svolta –Presentazione dei risultati.


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