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Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Viaggio al centro della Terra a cavallo dei neutrini.

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Presentazione sul tema: "Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Viaggio al centro della Terra a cavallo dei neutrini."— Transcript della presentazione:

1 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Viaggio al centro della Terra a cavallo dei neutrini

2 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Cosa sono i neutrini Come e costituita la A cosa e dovuto il calore allinterno della Perche studiare i neutrini emessi dalla Cosa abbiamo imparato finora? Di cosa parlero

3 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Facciamo un passo indietro: cosa sono le particelle elementari? Sono i costituenti elementari della materia Le particelle stabili che costituiscono la materia sono: Elettrone: costituente dellatomo; obbedisce alle forze elettromagnetiche Protone e Neutrone ( in verita il n vive in media :886,8 s): costituenti del nucleo; obbediscono alle forze nucleari forti Neutrino, avente carica 0, e massa molto piccola- esso e disaccoppiato dalla materia Ma ci sono molte altre particelle instabili, che si trasformano cioe dopo tempi molto piccoli ( da un miliardesimo di secondo a molto meno) in altre particelle

4 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Ma come si studiano le particelle ? Creando delle situazioni dinamiche si accelerano particelle stabili come il protone e si inviano contro altri protoni, o contro dei bersagli materiali.

5 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano p (1TeV) p (fermo) Equivale a parecchie migliaia di centrali nucleari Little Bang BIG BANG

6 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Separazione Radiazione- Particelle (A) Formazione dei nuclei con particelle stabili- le particelle instabili prodotte nel BB sono decadute (B)

7 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Fase A C.M.B. a 3 K; residuo fossile della radiazione separatasi nella fase A Fase B Fondo di neutrini nelluniverso: ~300/cm 3; residuo fossile dei prodotti di decadimento delle particelle instabili prodotte nel BB A C+D+E F+G D+H+I particelle stabili =p,n, e - L+M (stabili) D+L+.. Ma p,e -, n formano la materia I neutrini rimangono disaccoppiati part. stabili

8 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano P R O P R I E T A ha carica nulla ha massa molto piccola ha spin, cioe ruota su su stesso come una trottola, girando in modo antiorario. Se esistesse un neutrino destrorso (non lo sappiamo ancora) sarebbe sterile ha una bassissima probabilitadi interagire con altre particelle: puo attraversare lUniverso rimanendo indisturbato come tutte le particelle esiste la sua antiparticella (antineutrino) Quindi e una formidabile sonda per esplorare zone irraggiungibili: interno del Sole e della Terra, lontano Universo, ecc.

9 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- I fotoni, prodotti allinterno del Sole, impiegano ca anni ad uscire dalla nostra stella, mentre i neutrini escono da essa in 2-3 secondi: quindi i neutrini danno informazioni sul funzionamento del Sole in tempo I neutrini sono I primi messaggeri a raggiungerci quando esplode una Come abbiamo gia detto, possono attraversare lUniverso rimanendo Ma ugualmente attraversano la Terra senza essere perturbati Esempio:

10 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Earth structure Nocciolo interno - SOLIDO Dimensioni della Luna; lega Fe – Ni ; solido a causa dellalta pressione,malgrado la temperatura di ~ 5700 K; Nocciolo esterno-liquido Spessore 2260 Km- lega Fe-NI liquido- temperatura ~ 4100 – 5800 K; geodynamo: Moto di liquido conduttivo; D layer: transizione mantello- nocciolo spessore: ~200 km; discontinuita sismica;

11 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Mantello inferiore alto rapporto Mg/Fe ; T: 600 – 3700 K; alta pressione: viscoso; spessore:~2000 km Zona di transizione km di spessore Sede delle fessurazioni oceaniche; Mantello superiore Altamente viscoso, sul quale galleggiano le placche tettoniche

12 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano La crosta terrestre Crosta oceanica: spessore ~ 10 km; Sede delle fessurazioni oceaniche Crosta continentale ; spessore: 30 – 70 km ; metamorfico, Sede di rocce sedimentarie

13 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Come avere informazioni sullinterno della Terra? Sismologia Informazioni sulla densita e sulla fase:liquido o solido; ma non si ottengono informazioni sulla composizione chimica P – onde longitudinali S – onde trasversali

14 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Geochimica 1)Misure (max:12 km.) nella crosta continentale; meno profondi in quella portate dalla eruzioni del mantello dalle fessurazioni oceaniche del Sole Bulk Silicate Earth (BSE) Evoluzione del mantello dalla sua costituzione primordiale dopo la separazione Fe-Ni, ma utilizzando anche le misure dirette. Calore terrestre TW gradiente di temperatura nella crosta-gradiente nelle fessure oceaniche TW stima dellenergia termica dovuta ai decadimenti radioattivi-georeattore 238 U 206 Pb e anti-neutrinos MeV 232 Th 208 Pb e anti-neutrinos MeV 40 K 40 Ca + e anti-neutrino MeV

15 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Vi sono nel mondo solo due rivelatori capaci di studiare i geoneutrini

16 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Zona del Gran Sasso Misura del sedimento Studio della crosta (Engadina)

17 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Studio dei geoneutrini per Quale la frazione di calore terrestre prodotto dai decadimenti Quanto calore radioattivo e prodotto nel mantello- differenziazione fra crosta continentale e crosta Ce radioattivita anche nel nocciolo?

18 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano e p e+e+ MeV n E visible = T e + 2*0.511 MeV = = T geo- – 0.78 MeV PROMPT SIGNAL p n MeV DELAYED SIGNAL mean n-capture time on p 200 s Come si rivelano gli anti-neutrini

19 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Antineutrini da reattori.

20 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Studio delle caratteristiche dei reattori- data base e contatti diretti con IAEA e EdF Composizione del combustibile Flusso di antineutrini Spettro in energia Potenza media mensile o settimanale Distanza dal Gran Sasso Probabilita di interazione dell antineutrino

21 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Simulazione di eventi falsi da parte della radioattivita altissimo livello di ottimo schermo delle rocce dai raggi cosmici- laboratorio underground

22 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

23 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Detector design and layout Water Tank: and n shield water Ch detector 208 PMTs in water 2100 m 3 20 legs Carbon steel plates Scintillator: 270 t PC+PPO in a 125 m thick nylon vessel Stainless Steel Sphere: 2212 photomultipliers 1350 m 3 Nylon vessels: Inner: 4.25 m Outer: 5.50 m Design based on the principle of graded shielding

24 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

25 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

26 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

27 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

28 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

29 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Records in the radiopurity achieved by Borexino MaterialTypical conc. of the unpurified materials Radiopurity levels in the Bx scintillator 14 Cscintillator 14 C/ 12 C< U, 232 Th equiv.- Hall C dust - stainless. steel - nylon ~1 ppm ~1ppb ~1ppt K nat Hall C dust~1 ppm 222 Rn- external air. - air underground ~20 Bq/m 3 ~ Bq/m 3 85 Kr 39 Ar in N 2 for stripping~1.1 Bq/m 3 ~13 mBq/m Rn U, 232 Th equiv. LNGS - Hall C water~50 Bq/m 3 ~ g/g

30 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano 0, g di contaminante radioattivo a fronte di 1 g di materiale rivelante Cioe un miliardesimo di un miliardesimo di materiale e radioattivo Emissione dalle rocce assorbite dalle 2100 tonnellate dacqua, purificata anchessa Schermo ai raggi cosmici da 2500 m circa di roccia.

31 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Interno del Counting Test Facility

32 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Spettro aspettato teoricamente Come si dovrebbe osservare nel rivelatore

33 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Simulazione con il computer Risultato sperimentale giorni effettivi Presa dati: Dec 2007 to Dec 2009; giorni effettivi 21 anti- candidati in totale21 anti- candidati in totale BOREXINO 2010

34 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano BSE Max radiogenic Min radiogenic 68%, 90% and 99.73% C.L. Confronto con i modelli

35 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Kamland

36 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

37 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano Moto conduttivo nel mantello- rete di esperimenti nel mondo Mappa delle differenze di distribuzione di calore nel mantello

38 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano SNO+ Esperimenti futuri

39 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano

40 Roma, 6 aprile 2011Gianpaolo Bellini- Universita' e INFN- Milano E dimostrata lesistenza dei geo-neutrini, antineutrini emessi nei decadimenti radioattivi allinterno della Terra Essi provengono sia dalla Crosta sia dal Mantello I decadimenti radioattivi sono la principale sorgente di calore terrestre; forse essi producono il 100% del calore terrestre.Per conoscere la percentuale esatta bisogna raccogliere piu dati (2-3 anni) La dislocazione del calore allinterno del mantello, causa dei fenomeni vulcanici e tettonici, potrebbe essere ottenuta mediante un certo numero di esperimento, tipo Borexino, dislocati in vari punti sulla Terra ( 2 funzionanti e due in progetto- almeno @


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