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Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Tutti a bordo della caravella LHC Il vecchio mondo di Colombo Il vecchio mondo di Colombo Il vecchio mondo di oggi.

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1 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Tutti a bordo della caravella LHC Il vecchio mondo di Colombo Il vecchio mondo di Colombo Il vecchio mondo di oggi Il vecchio mondo di oggi Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti Energia e materia oscura Energia e materia oscura Il nuovo mondo Il nuovo mondo Liceo Scientifico E. Curiel Padova 18 Novembre 2008 Ezio Torassa (INFN Padova)

2 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Eratostene, vissuto tra il 276 a.c. ed il 196 a.c. effettuò la prima misurazione precisa della circonferenza della terra. (ASSUAN) Il risultato della misura della circonferenza fu stadi Lo stadio era una misura che nellantichità variava da 150 m a 200 m Si ritiene che le misure di Eratostene siano state fatte utilizzando lo stadio Egizio che è pari a 157 m. Si ottiene una circonferenza misurata di Km rispetto alla circonferenza reale di Km. Distanza Alessandria-Assuan ~ 5000 stadi Il vecchio mondo di Colombo

3 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Raggi della stella Canopo RODI ALESSANDRIA Posidonio, vissuto tra il 135 a.c. ed il 50 a.c. stimò la circonferenza della Terra utilizzando langolo di raggi della stella Canopo. Si basa sul fatto che la stella Canopo sfiora lorizzonte a Rodi, mentre è ben visibile a Alessandria. La misura appare perfezionare il metodo di Eratostene, ma la rifrazione atmosferica la altera, portando il valore osservato di 90 o - θ da 5°15 (vero) a 7°30. (Posidonio non poteva saperlo). Ottenne un valore di Km, ben inferiore al vero ma creduto più accettabile. Adottato da Tolomeo (100 – 175 d.c.), esso fu trasmesso attraverso il Medioevo con lAlmagesto. Distanza Alessandria-Rodi ~ 3750 stadi Il vecchio mondo di Colombo

4 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Riproduzione della Carta di Tolomeo (il mare dellIndia è chiuso) Il vecchio mondo di Colombo

5 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa La mappa di Toscanelli (1457) (registra la presenza del Giappone a Est della Cina) Il vecchio mondo di Colombo

6 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa La Tavola periodica Il vecchio mondo di oggi La classificazione degli atomi in base alle proprietà chimiche evidenza di una periodicità (Mendeleyev) Indicazioni di una struttura comune degli elementi Materia

7 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il vecchio mondo di oggi Particelle

8 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa I Quark sono 6 (+ 6 antiquark) possono assumere 3 stati quantici chiamati colore, hanno carica +2/3 (u, c, t) e -1/3 (d, s, b) Leptoni e Bosoni si osservano come stati autonomi mentre i Quark sono sempre legati tra loro a coppie o tripletti Mesoni Barioni (spin intero) (spin semidispari) q q q q q sono privi di colore Il vecchio mondo di oggi

9 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Forze Il vecchio mondo di oggi

10 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Unificazione delle forze Il vecchio mondo di oggi

11 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Generalizzare la descrizione delle forze: - unificandole quando possibile - rendendole valide anche per piccole dimensioni ed elevate velocità (descrizione quantistica e relativistica) ha un prezzo, è più complessa la formula che le descrive. Equazione classica della forza indotta da un campo elettrico su una carica di prova q Equazione classica della forza indotta da un campo magnetico su una carica di prova q Il vecchio mondo di oggi

12 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Equazione Modello Standard Il vecchio mondo di oggi

13 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa La forza gravitazionale è probabilmente la forza che ci è più familiare: –non è compresa nel Modello Standard –i suoi effetti sono piccolissimi nei processi tra le particelle Anche se la gravità agisce su ogni cosa, è una forza molto debole qualora le masse in gioco siano piccole La Relatività generale fornisce una descrizione della gravità relativistica ma non quantistica Gravità Il vecchio mondo di oggi

14 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa 27 Km di circonferenza CMS LHCb ATLAS ALICE Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti 4 esperimenti: - ATLAS, CMS general pourpuse - ALICE ioni pesanti - LHCb fisica del b

15 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti

16 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti

17 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti

18 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti Magneti superconduttori a -271 o C Campo magnetico di 8.3 Tesla (10 5 volte maggiore del campo della Terra)

19 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti

20 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti CMS Compact Muon Solenoid = mv /q B T

21 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti ATLAS A Toroidal LHC ApparatuS

22 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa LHCb sees where the antimatters gone ALICE looks at collisions of lead ions CMS and ATLAS are two of a kind Theyre looking for whatever new particles they can find. Possiamo riassumere gli obiettivi dei 4 esperimenti di LHC in modo semplice ma facile da ricordare con il ritornello della canzone The Large Hadron Rap:The Large Hadron Rap Lacceleratore LHC e i suoi esperimenti LHCb ALICE A Large Ion Collider Experiment

23 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Energia e materia oscura

24 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Evidenza di materia oscura dalle curve di rotazione di galassie a spirale Lo studio delle galassie a spirale mostra che la curva della velocità di rotazione rimane costante, o piatta, allaumentare della distanza dal centro galattico. Sulla base della teoria Newtoniana la velocità di rotazione dovrebbe diminuire per le componenti più lontane dal centro galattico: mv 2 /r = G mM/r 2 v 2 = G M/r dove M è la massa entro il raggio r La curva di rotazione piatta suggerisce che le galassie sono circondate da una significativa quantità di materia oscura Energia e materia oscura

25 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Energia e materia oscura

26 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il modello cosmologico standard Nel 1929 Edwin Hubble, studiando lo spostamento verso il rosso di galassie distanti, scoprì che lUniverso si espande, e le galassie si allontanano luna dallaltra ad una velocità data da unespressione nota come legge di Hubble v = H 0 r v e la velocità di recessione della galassia, r la sua distanza dallosservatore, e H 0 la costante di Hubble (oggi misurata accuratamente H 0 70 km/s/Mpc). [1 Mpc ~ 3 milioni di anni luce 3 x km] Edwin Hubble Energia e materia oscura

27 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Energia e materia oscura Due galassie che distano tra loro un angolo, nel caso di espansione delluniverso a velocità costante v r si allontanano tra loro con velocità proporzionale alla loro distanza: d = r v d v r = (d 0 / r 0 ) v r La legge di Hubble indica una espansione costante delluniverso con velocità data dalla costante di Hubble

28 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa La misura della velocità dell'allontanamento di una galassia si può ottenere misurandone lo spostamento verso il rosso (redshift). Trovare invece la distanza è un problema più complesso. Per fare ciò è necessario trovare candele standard: oggetti la cui luminosità assoluta è nota, in modo tale da rapportare la luminosità apparente alla distanza. Tra questi oggetti standard vi sono le supernovae di tipo 1a. Si tratta di esplosioni che avvengono quando una nana bianca si trova in un sistema binario e inizia, con la sua attrazione gravitazionale, a inglobare materiale proveniente dalla sua compagna. Energia e materia oscura

29 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Energia e materia oscura Le osservazioni delle supernovae più distanti indicano che l'universo sta accelerando. In relatività generale ciò equivale ad una costante cosmologica di Einstein > 0 Queste osservazioni vengono spiegate postulando un tipo di energia con pressione negativa, l'energia oscura, che produce un effetto di antigravità. La densità stimata è di gr/cm 3.

30 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il budget cosmico Solo circa il 4% del budget cosmico è sotto forma di materia ordinaria Circa il 23% del budget cosmico e fatto di Materia Oscura, una componente della quale percepiamo la presenza solo per via gravitazionale. Circa il 73% del contenuto energetico del nostro Universo e sotto forma di una componente esotica, chiamata Energia Oscura, che causa una forma di repulsione cosmica su grande scala tra gli oggetti celesti, mimando una sorta di effetto di anti-gravità. Energia e materia oscura

31 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il bosone di Higgs La teoria di Elettrodebole prevede anche un campo chiamato di Higgs. Le interazioni di questo campo con le particelle sono allorigine della massa di questultime. La domanda: - perchè la particella X ha massa m X ? si può tradurre in: - perchè la particella X ha uninterazione di intensità g con il campo di Higgs ? Il campo di Higgs può anche interagire con se stesso quindi i quanti di questo campo (bosoni di Higgs) sono essi stessi dotati di massa. Purtroppo lintensità dellauto-interazione (e quindi la massa dellHiggs) è un parametro libero della teoria. Il nuovo mondo

32 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il nuovo mondo Le simulazioni indicano la possibilità di dimostrare lesistenza del bosone di Higg in un tempo che varia notevolmente in funzione della sua massa. CMS

33 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Alcuni motivi per credere che il Modello Standard nella sua attuale formulazione sia una (buona) approssimazione di qualcosa di più complesso: –considera i neutrini di massa nulla mentre le recenti osservazioni sulle loro oscillazioni dimostrano che hanno una massa molto piccola ma finita –non include la gravitazione –non spiega la dominanza di materia nel nostro Universo rispetto allantimateria –non suggerisce una soluzione al problema della Materia Oscura nellUniverso Il nuovo mondo

34 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il nuovo mondo Losservazione diretta di flussi di particelle costituenti la materia oscura non ha dato sino ad ora alcun risultato. Non a caso queste particelle sono state chiamate WIMP (Weak Interaction Massive Particle.). WIMP

35 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il nuovo mondo Recentemente è stato pubblicato uno studio sulla possibile influenza della materia oscura sul moto dei pianeti del sistema solare: Terza legge di Keplero: Valutando i possibili effetti di un alone di materia oscura sulle traiettorie dei pianeti si ricava che d dark matter < protoni / cm 3 Il valore atteso della densità è 0.3 protoni / cm 3

36 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il nuovo mondo Gli urti tra protoni ad elevata energia ad LHC permetteranno probabilmente di produrre eventi contenenti WIMP. Il rivelatore CMS non potrà fermarle ma evidenzierà la loro mancanza nellevento. La produzione di WIMP sarà evidenziata con eventi fortemente sbilanciati con energia mancante ETET

37 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il nuovo mondo Dal punto di vista teorico il Modello Standard può essere esteso con il Modello Super Simmetrico (SUSY). Per ogni particella attualmente conosciuta è previsto un partner supersimmetrico. LHiggs Standard inoltre viene previsto in 5 diversi stati: h,H,A,H +,H - Squark, Sleptone, Gluino, Gaugino, Photino, Higgsino

38 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Il nuovo mondo Le particelle supersimmetriche sono pesanti e decadono in particelle più leggere. La particella supersimmetrica più leggera di tutte chiamata neutralino è stabile. Il neutralino è il candidato più accreditato ad essere la famosa WIMP, la particella costituente della materia oscura. neutralino

39 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Conclusioni Il Modello Standard descrive tutto ciò che abbiamo finora osservato con grande precisione!

40 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Le misure di LHC potrebbero fornirci un nuovo punto di vista supersymmetry strings (even) extra dimensions Conclusioni

41 Padova 18 Novembre 2008Ezio Torassa Investigations have shown that a faulty electrical connection between two magnets (shown in red) was the cause of the incident in sector 3-4 of the LHC on 19 September. Backup


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