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1 Il premio Nobel 2002: nuovi modi per guardare il cielo Filippo Frontera Gianni Fiorentini Una presentazione preparata da Filippo Frontera (per la parte.

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1 1 Il premio Nobel 2002: nuovi modi per guardare il cielo Filippo Frontera Gianni Fiorentini Una presentazione preparata da Filippo Frontera (per la parte riguardante i raggi X) e da Gianni Fiorentini (per la parte riguardante i neutrini)

2 2 Il premio Nobel 2002: nuovi modi per guardare il cielo Riccardo Giacconi per contributi pioneristici allastrofisica,che hanno condotto alla scoperta delle sorgenti cosmiche di raggi X Ray Davis e Masatoshi Koshiba per contributi pioneristici allastrofisica, in particolare per la rivelazione dei neutrini cosmici

3 3 Ce modo e modo di vedere: la luce visibile Sorgente di radiazione Interazione Rivelatore (occhio)

4 4 Ce modo e modo di vedere: i raggi X più penetrante Se voglio vedere allinterno uso una radiazione più penetrante ancora una radiazione e.m Rivelatore (lastra....occhio)

5 5 Ce modo e modo di vedere: il neutrino Radiazione diversa Il rivelatore e ancora più complicato...

6 6 Carta di Identità del neutrino Particella, associata a un tipo di radiazione Nascita: 1930 Maternità/Paternità: Pauli Fermi (Pontecorvo) Residenza: quasi ovunque Provenienza: stelle, reattori nucleari, acceleratori di particelle... Estremamente elusiva Segni particolari: Estremamente elusiva (penetrante) estremamente piccola Massa: estremamente piccola, rispetto alle altre particelle

7 7 Underground physics occorre schermarsi Per rivelare una radiazione elusiva, penetrante, occorre schermarsi dalle altre radiazioni

8 8 Davis: un formidabile esperimento di radiochimica + 37 Cl -> 37 Ar + e Davis cercava i prodotti delle reazioni nucleari indotte dai neutrini provenienti dal sole: + 37 Cl -> 37 Ar + e (reazione di Pontecorvo). 37 Ar + e -> + 37 Cl L Argon prodotto si accumula nel rivelatore. Gli atomi di 37 Ar sono radioattivi e entro un mese si trasformano in 37 Cl: 37 Ar + e -> + 37 Cl Occorre separare gli atomi di Ar dal Cl e contarli, mediante il loro decadimento. Sole Cl cont.

9 9 Un ago in un pagliaio? In 400 tonnellate di varechina Davis doveva aspettarsi di produrre un atomo di Ar al giorno, da individuarsi fra i circa atomi*) di Cloro Un pagliaio contiene circa 10 8 pagliuzze (cento milioni). E come cercare un ago in un pagliaio grande come la terra. *) =

10 10 La scoperta e il puzzle dei neutrini solari Davis trovò un atomo di Ar ogni tre giorni, un terzo di quelli attesi. Un risultato importante: la prima osservazione dei neutrini provenienti dal Sole Un interrogativo importante: che succede ai neutrini per strada? Gallex Il puzzle dei neutrini solari è stato sostanzialmente risolto negli ultimi anni, grazie ai risultati di Gallex al Gran Sasso, di SNO in Canada e ai lavori del gruppo di Koshiba. Si eormai convinti che due terzi dei neutrini abbiano una metamorfosi per strada (oscillazioni di Pontecorvo).

11 11 Koshiba: il primo telescopio a neutrini Davis non poteva dire da dove venivano i neutrini. Koshiba pensò di realizzare un telescopiorivelando gli elettroni che vengono urtati dai neutrini + e(fermo) -> + e( in moto) Lelettrone viene emesso principalmente nella direzione da cui proviene il neutrino Poiché la sua velocità è maggiore della velocità della luce nellacqua, emette luce Cerenkov, dalla cui distribuzione si puorisalire alla direzione dellelettrone e a quella del neutrino

12 12 Kamiokande e SuperKamiokande Una famiglia di rivelatori Cerenkov ad acqua in una miniera delle Alpi giapponesi. Il più recente, SK, contiene m 3 dacqua ed è equipaggiato con oltre fototubi

13 13 Superkamiokande

14 14 I risultati I) La conferma di Davis: I neutrini vengono dal sole ii) La rivelazione dei neutrini dalla Supernova SN1987a iii) Loscillazione dei neutrini atmosferici

15 15 Il cuore del rivelatore Sono i fototubi sviluppati appositamente dalla Hamamatsu Il MITI finanziò un progetto di sviluppo tecnologico congiunto della Hamamatsu e dellUniversità Metropolitana di Tokio Il Giappone ha oggi un premio Nobel e lindustria leader mondiale della produzione di fototubi. 50 cm

16 16 Il laboratorio del silenzio cosmico La frontiera della radioattività zero Koshiba e il Gran Sasso Koshiba, membro del Comitato Scientifico del Gran Sasso, aveva suggerito di installare un rivelatore Cerenkov (SK) al Gran Sasso e lallora Direttore Bellotti aveva compreso la validità del progetto.

17 17 Bruno Pontecorvo Tre grandi idee: i)il sole come sorgente di neutrini ii) il metodo del Cl-Ar iii)Le oscillazioni (metamorfosi) dei neutrini

18 18 Uno sguardo al futuro Nel 1940 Pontecorvo aveva applicato gli studi svolti nel gruppo di Roma inventando il neutron loguno strumeno ancora oggi usato per le prospezioni geologiche. Adesso che abbiamo imparato a sufficienza sui neutrini, dobbiamo cercare di imparare dai neutrini

19 19 La materia oscura nelluniverso Allinterno delle galassie e fra le galassie c'è della materia (ed energia) che non brilla, oscura. La materia-energia oscura La materia-energia oscura costituisce il 90% dellUniverso, ma non sappiamo di che e fatta. La materia oscura potrebbe essere fatta di i neutrini primordiali, se i neutrini hanno una piccola massa La materia oscura potrebbe essere fatta di i neutrini primordiali, se i neutrini hanno una piccola massa [ m( )=10 -6 m(e)]

20 20 I neutrini da supernovae Lo 0.1% dellenergia di una supernova e in radiazione visibile, e il 99.9% e trasportato da neutrini Nel 1987, per la prima volta sono stati rivelati neutrini da SN I neutrini da SN saranno lo strumento per lo studio della struttura interna I neutrini da SN saranno lo strumento per lo studio della struttura interna

21 21 I neutrini della Terra La terra e radioattiva Quanto e il contenuto di elementi radioattivi allinterno della terra? neutrini prodotti dallinterno terrestreil Rivelare (anti) neutrini prodotti dallinterno terrestre e il modo per misurare la radioattività della terra. In questo modo potremo comprendere il contributo radiogenico al calore terrestre.

22 22 Progettati per rivelare neutrini dal sole e da reattori avranno anche i primi segnali dei geo-neutrini. Kamland (Jap) e Borexino (GS)

23 23 Riccardo Giacconi Riccardo Giacconi, nato a Genova nel 1931, laureato a Milano nel 1954, attualmente Presidente della Associated Universities Inc., Washinghton DC, USA Motivazione: for pioneering contributions to astrophysics, which have led to the discovery of cosmic X-ray sources

24 24 Come osservare i raggi X celesti

25 : scoperta della prima sorgente celeste di raggi X

26 : il primo satellite per astronomia X Il satellite Uhuru (libertà in lingua Swahili) venne lanciato dalla base italiana San Marco in Kenia

27 27 Il cielo X scoperto con Uhuru

28 :lancio del satellite Einstein

29 29 Il Satellite Einstein

30 30 Le prime ottiche per raggi X

31 31 Le scoperte degli anni 70-80

32 32 Informazioni dai raggi X provenienti dagli oggetti celesti Diagnosi della presenza di stelle di neutroni e buchi neri in sistemi binari. Rotazione delle stelle di neutroni;

33 33 I resti di supernove in raggi X Cas ACrab Nebula CXO images

34 34 Diagnosi della presenza di getti di materia SS433XTE J1550 CXO image

35 35 Il mondo extragalattico in raggi X Quasar PKS CXO images

36 36 Ammasso di galassie nel Centauro A una distanza di 170 milioni di anni luce. Il gas ha una temperatura di oltre 10 milioni di gradi CXO image

37 37 Il mistero dei lampi di raggi gamma (GRB) Scoperti nel 1972 con i satelliti spia americani Vela, sono rimasti misteriosi fino a pochi anni fa.

38 38 Che cosa si sapeva/non si sapeva fino al 1996 sui GRB Vengono da tutte le direzioni. In media tre al giorno colpiscono la Terra Dove vengono prodotti: sono vicini? galattici? cosmologici? Quale lorigine?

39 39 BeppoSAX il satellite italiano, con partecipazione olandese

40 40 28 febbraio1997: SAX risolve lenigma della distanza BeppoSAX image

41 41 Oggi sappiamo molto sui GRB, ma... molte questioni sono ancora da risolvere: Stiamo osservando delle esplosioni isotrope? Oppure si tratta di getti ben collimati che puntano verso di noi?

42 42 INTEGRAL: il futuro è gia cominciato Baikonur, 17 Ottobre 2002 Orbita fortemente ellittica, con perigeo a Km, e apogeo a circa Km.

43 43 Il ruolo di Ferrara in INTEGRAL Partecipazione al progetto e realizzazione di JEM-X Calibrazione di JEM-X Definizione del programma osservativo di INTEGRAL

44 44 Oltre INTEGRAL Partecipazione a missione Lobster a bordo della Stazione Spaziale Partecipazione a missione X cinese

45 45 Sviluppo di ottiche per raggi X di alta energia Grande facility per la calibrazione di telescopi focalizzanti di raggi X e gamma


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