La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Marco G. Giammarchi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Via Celoria 16 – 20133 Milano (Italy)

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Marco G. Giammarchi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Via Celoria 16 – 20133 Milano (Italy)"— Transcript della presentazione:

1 Marco G. Giammarchi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Via Celoria 16 – Milano (Italy) 1. Costituenti della materia 2. Cosè lAntimateria? 3. Antimateria a Terra 4. Antimateria nello Spazio 5. Antimateria e Big Bang Antimateria 1Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

2 2 Angeli o Demoni? Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Antimateria: protagonista di rilievo della letteratura e del cinema di fantascienza

3 3 1. Costituenti della materia 2. Cosè lAntimateria? 3. Antimateria a Terra 4. Antimateria nello Spazio 5. Antimateria e Big Bang Materia composta da costituenti fondamentali: molecole, atomi, nuclei quark, leptoni (elettroni) Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Ossigeno Idrogeno Thomson (1897): Discovers electron

4 Costituenti fondamentali della materia: Quark e Leptoni Hanno spin e carica ben definiti Sono elementari al meglio di m Costituiscono la materia in condizioni ordinarie Costituiscono le particelle instabili 4Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 MassaMassa Materia ordinaria Decadono in particelle stabili LeptoniQuark

5 Come si studiano le particelle elementari? Ad esempio in esperimenti con acceleratori di particelle. Tunnel di LHC, CERN (Ginevra) Ricetta: prendere particelle cariche accelerarle con sistemi elettrici e magnetici (acceleratori) farle urtare tra loro Nei grandi laboratori sistemi complessi di acceleratori portano particelle a energie elevatissime Negli urti tra queste particelle, altre particelle vengono prodotte. Massa si trasforma in energia e viceversa 5Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

6 6 Urto tra due protoni ! Trasformazione di energia (dei protoni) in massa di nuove particelle Gli urti tra due protoni sono in realta urti tra i quark costituenti 6 Protone Quark Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

7 7 I grandi complessi di acceleratori di particelle: il CERN di Ginevra

8 I grandi rivelatori di particelle: Atlas al CERN di Ginevra CDF al Fermilab (Chicago) Sistemi complessi composti da molti rivelatori specializzati 8Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

9 In fisica quantistica Scambio di quanti Il mondo delle particelle elementari: costituenti (quark,leptoni) e portatori di forze In fisica classica: Azione istantanea a distanza Campo (Faraday, Maxwell) 9Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

10 10 E se fosse NECESSARIA data la descrizione che abbiamo del mondo delle particelle elementari? Possiamo descrivere molti sistemi con questi criteri: Velocita basse v << c Velocita alte v simile a c Sistema macroscopico Pienamente Classico Relativistico (non quantistico) Sistema atomico Quantistico (non relativistico) Quantistico Relativistico ? 10 Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Perché lAntimateria?

11 11 Particelle e antiparticelle: la nascita della fisica delle particelle 1928: Equazione di Dirac, sintesi di Relatività Speciale e Meccanica Quantistica. Elettrone, s=+1/2 Elettrone, s=-1/2 Positrone, s=1/2 Positrone, s=-1/2 Il positrone, particella identica allelettrone e - ma avente carica positiva: e +. La prima previsione della teoria quantistica relativistica Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Le soluzioni dellEquazione di Dirac per lelettrone contenevano (gli stati di spin) unaltra particella, con carica opposta a quella dellelettrone

12 12 1. Costituenti della materia 2. Cosè lAntimateria? 3. Antimateria a Terra 4. Antimateria nello Spazio 5. Antimateria e Big Bang Il modo più semplice: cambiare la carica elettrica Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Una banalita: lo scambio di tutte le cariche delle particelle Problemi: 1)Le strutture complesse? (un atomo, una molecola) 2) Le particelle neutre?

13 13 La prima particella di antimateria scoperta: il positrone (antielettrone) Positroni scoperti nelle interazioni dei raggi cosmici in camere a nebbia (Anderson, 1932). Antiparticella: stessa massa della particella ma carica (e momento magnetico) opposti I costituenti fondamentali hanno tutti unantiparticella ! Lesistenza delle antiparticelle: una proprietà generale (ma non universale!) delle particelle elementari Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

14 14Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Ad esempio lantiprotone: Ricetta per costituire antimateria: Scomporre la materia in costituenti (particelle) elementari Prendere lantiparticella di ogni particella elementare Rimettere il tutto insieme PROTONE: QUARKS ANTIPROTONE: ANTIQUARKS Ad esempio lanti-neutrone: NEUTRONE: QUARKS ANTINEUTRONE: ANTIQUARKS

15 15 1. Costituenti della materia 2. Cosè lAntimateria? 3. Antimateria a Terra 4. Antimateria nello Spazio 5. Antimateria e Big Bang Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Abbiamo visto lantimateria in forma di particelle. Ma… 1)Le antiparticelle sono stabili? 2)Possiamo costruire strutture più grandi di antimateria? Lantimateria è del tutto instabile: Una particella di antimateria ha tutti i numeri quantici OPPOSTI a una di materia ! Appena urta la materia, tutto si trasforma in radiazione

16 16Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Ad esempio, un elettrone e un positrone (antielettrone) : Con trasformazione di tutta la massa in energia: Lantimateria esplode al contatto con la materia!! Isolare bene lantimateria dalle pareti del contenitore di materia

17 17Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 La costruzione di anti-atomi: Anti-idrogeno (Anti-deuterio) (Anti-elio) La bottiglia di Angeli e Demoni è un insieme di trappole per confinare particelle cariche e metterle insieme

18 18 Studiare lAntimateria sulla Terra? Una macchina dedicata al CERN: 1)Antiproton Decelerator 2)Produzione e studio di anti-H Produzione anti-idrogeno Confinamenteo anti-H Gravità anti-H Eli antiprotonico Adroterapia con antiprotoni Open Day Unimi - 12 Maggio 2012

19 19 ……e questi siamo noi Esperimento AEGIS al CERN per la misura della gravità dellantimateria

20 POSMOL 2011 AEGIS Collaboration LAPP, Annecy, France. P. Nédélec, D. Sillou CERN, Geneva, Switzerland M. Doser, D. Perini, T. Niinikoski, A. Dudarev, T. W. Eisel, R. Van Weelderen, F. Haug, L.. Dufay-Chanat, J. L.. Servai INFN Firenze, Italy G. Ferrari, M. Prevedelli, G. M. Tino INFN Genova, University of Genova, Italy C. Carraro, V. Lagomarsino, G. Manuzio, G. Testera, S. Zavatarelli INFN Milano, University of Milano, Italy F. Castelli, S. Cialdi, M. G. Giammarchi, D. Trezzi,, F. Villa INFN Padova/Trento, Univ. Padova, Univ. Trento, Italy R. S. Brusa, S. Mariazzi, S. Moretto, G. Nebbia, S. Pesente, G. Viesti INFN Pavia – Italy University of Brescia, University of Pavia G. Bonomi, A. Fontana, A. Rotondi, A. Zenoni MPI- K, Heidelberg, Germany C. Canali, R. Heyne, A. Kellerbauer, C. Morhard, U. Warring Kirchhoff Institute of Physics U of Heidelberg, Germany M. K. Oberthaler INFN Milano, Politecnico di Milano, Italy G. Consolati, A. Dupasquier, R. Ferragut, F. Quasso INR, Moscow, Russia A. S. Belov, S. N. Gninenko, V. A. Matveev, A. V. Turbabin ITHEP, Moscow, Russia V. M. Byakov, S. V. Stepanov, D. S. Zvezhinskij New York University, USA H. H. Stroke Laboratoire Aimé Cotton, Orsay, France L. Cabaret, D. Comparat University of Oslo, Norway O. Rohne, S. Stapnes CEA Saclay, France M. Chappellier, M. de Combarieu, P. Forget, P. Pari INRNE, Sofia, Bulgaria N. Djourelov Czech Technical University, Prague, Czech Republic V. Petráček, D. Krasnický ETH Zurich, Switzerland S. D. Hogan, F. Merkt Institute for Nuclear Problems of the Belarus StateUniversity, Belarus G. Drobychev 1/31/2014

21 Open Day Unimi - 12 Maggio

22 22Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Quali sono le proprietà degli anti-atomi? Sono fatti come gli atomi ordinari (a parte le cariche scambiate?) Cadono come gli atomi ordinari nel campo gravitazionale terrestre? Studio delle transizioni atomiche dellanti-idrogeno e confronto con quelle dellidrogeno Come cade un antiatomo? Test di leggi fisiche fondamentali con antimateria (CPT e Principio di Equivalenza)

23 23 1. Costituenti della materia 2. Cosè lAntimateria? 3. Antimateria a Terra 4. Antimateria nello Spazio 5. Antimateria e Big Bang Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Materia e antimateria in forma di particelle elementari. Particelle dallo spazio! Raggio cosmico primario Sciame di particelle secondarie prodotte nellatmosfera I raggi cosmici primari possono contenere antiparticelle

24 24Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Motivazioni per la ricerca di antiparticelle nello spazio Siccome lUniverso appare composto di materia (non di antimateria): 1)Lantimateria può essere prodotta in processi strani 2) Antimateria complessa (anti-elio) può indicare stelle di antimateria !! La presenza dei positroni potrebbe indicare il decadimento di particelle di materia oscura

25 25Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 AMS: Alpha Magnetic Spectrometer Ricerca antiparticelle nello spazio Lanciato nel Maggio 2011 Residente sulla Stazione Spaziale

26 26 1. Costituenti della materia 2. Cosè lAntimateria? 3. Antimateria a Terra 4. Antimateria nello Spazio 5. Antimateria e Big Bang Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 La creazione di Adamo – Michelangelo Buonarroti (1511). (Musei Vaticani - La Cappella Sistina) Lo schema con cui si descrive la nascita e levoluzione dellUniverso è quello del BIG BANG CALDO

27 Open Day Unimi - 12 Maggio Il modello del Big Bang: 1)Il red-shift (espansione cosmica) 2)La nucleosintesi primordiale 3)La radiazione cosmica di fondo 4)La Relatività Generale 5)LInflazione Osservazioni sperimentali Teoria della Gravitazione Se lUniverso è in espansione, nei primi istanti ci si doveva trovare in una situazione di densità altissima, temperatura altissima, energia/particella altissima

28 28Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Una storia termica delluniverso Particelle/Antiparticelle libere

29 29Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Una storia termica delluniverso Particelle/Antiparticelle libere Queste reazioni creano e distruggono particelle/antiparti celle in ugual numero Quando lenergia scende non è più possibile creare coppie particella/antiparticella. Invece tali coppie si possono distruggere:

30 30Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Una storia termica delluniverso Particelle/Antiparticelle libere Reazioni di questo tipo dovrebbero aver mantenuto uguale il numero di particelle e antiparticelle Al diminuire di T solo la 1 resta possibile e tutte le particelle/antiparticelle si annichilano in energia

31 31Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Ma lUniverso non è vuoto. Contiene MATERIA e non ANTIMATERIA ! Un processo fisico ha alterato il rapporto tra materia e antimateria nei primi istanti, creando un poco (pochissimo) di materia in più

32 Open Day Unimi - 12 Maggio 2012 Una profonda simmetrai in natura. Lo studio delle proprietà di antiparticelle e particelle può risolvere uno dei misteri più profondi del cosmo. Grazie per la vostra attenzione 32


Scaricare ppt "Marco G. Giammarchi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Via Celoria 16 – 20133 Milano (Italy)"

Presentazioni simili


Annunci Google