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IL NEUTRINO Conferenza di Fisica del Prof. Paolo Strolin ( con la collaborazione artistica di Laura Strolin ) Preistoria Storia A che serve ? Enigmi Fisica.

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2 IL NEUTRINO Conferenza di Fisica del Prof. Paolo Strolin ( con la collaborazione artistica di Laura Strolin ) Preistoria Storia A che serve ? Enigmi Fisica Astrofisica Cosmologia Bibliografia A. Ereditato, V Palladino e P.S.- LEnigma del neutrino - Sapere (Feb. 96) L.M.Krauss - La Materia Oscura - Le Scienze (Feb 87) J. Bahcall - Neutrini dal sole - Le Scienze (Ott 69) J. Bahcall - Il Problema dei neutrini solari - Le Scienze (Lug 90) presentazione

3 BECQUEREL 1896 SCOPERTA DELLA RADIOATTIVITA NATURALE Elementi radioattivi (*) U, Ra,.. (*) Copyright M. Curie e (+) - e si scoprì poi che assieme a viene emesso e (+) - (+) - radiazioni

4 Nulla si crea e nulla si distrugge Einstein 1905 E = mc 2 energia materia energia - materia 1

5 Più precisamente: { ENERGIA materia antimateria esempi: e - elettrone e + positrone (anti-elettrone) w-w- e - elettrone anti-neutrino includendo nel bilancio energia, materia, anti-materia si ritrova nulla si crea e nulla si distrugge energia - materia 2

6 Decadimento Decadimento nucleare e-e- 60 Co 60 Ni + e - + n p + e - + ( F. Perrin 1933 ) d u + e - + (Teoria dei Quark 1964) eventi Energia disponibile = m nuclei c 2 energia e - IPOTESI DI PAULI porta via energia m

7 sezione durto Per le particelle elementari (come ) sezione durto invece che dimensioni (es. r 2 di una pallottola) cm 2 Diametro Atomo cm Diametro Nucleo cm Il Neutrino ha una probabilità piccolissima di interagire con la materia Interazione debole

8 Fermi TENTATIVO DI UNA TEORIA DEI RAGGI di Enrico Fermi (1934) Sunto - Si propone una teoria quantitativa dellemissione dei raggi in cui si ammette lesistenza del e si tratta lemissione degli elettroni e dei neutrini da un nucleo allatto della disintegrazione con un procedimento simile aquello seguito nella teoria dellirradiazione per descrivere lemissione di un quanto di luce da un atomo eccitato. Vengono dedotte delle formule per la vita media e per la forma dello spettro continuo dei raggi, e le si confrontano con i dati sperimentali. Ipotesi Fondamentale della teoria §1 Nel tentativo di costruire una teoria degli elettroni nucleari e dellemissione dei raggi, si incontrano, come è noto due difficoltà principali. La prima dipende dal fatto che i raggi primari vengono emessi dai nuclei con una distribuzione continua di velocità. Se non si vuole abbandonare il principio della conservazione dellenergia, si deve ammettere perciò che una frazione dellenergia che si libera nel processo di disintegrazione sfugga alle nostre attuali possibilità di osservazione. Secondo la proposta di Pauli si può, ad esempio, ammettere lesistenza di una nuova particella, il così detto avente carica elettrica nulla e massa dellordine di grandezza di quella dellelettrone o minore. Si ammette poi che in ogni processo vengano emessi simultaneamente un elettrone, che si osserva come raggio, e un neutrino che sfugge aallosservazione portando seco una parte dellenergia. Nella presente teoria ci baseremo sopra lipotesi del neutrino. Una seconda difficoltà per la teoria degli elettroni nucleari, dipende dal fatto che le attuali teorie relativistiche delle particelle leggere (elettroni o neutrini) non danno una soddisfacente spiegazione della possibilità che tali particelle vengano legate in orbite di dimensioni nucleari. e-e- e-e- Interazione ELETTROMAGNETICA e-e- n GFGF p Interazione DEBOLE GF << (probabilità)

9 scoperta e qua finisce la preistoria... scoperta (*) del (Reines e Cowan 1956) (*) Osservazione di neutrini che interagiscono (debolmente !!) con la materia di un rivelatore di particelle. Reattore Nucleare Rivelatore p n e+e+ p n e +

10 particelle dopo tante affascinanti ricerche.. Olimpo delle attuali (*) PARTICELLE ELEMENTARI Quarks ( - - )( - - )( - - ) FAMIGLIE Leptoni ( z-z- ) ( - )( e e-e- ) z non ancora osservato! n.b. - ora differenziamo e,, Z di questo olimpo il è un membro SPECIALE ED IMPORTANTISSIMO (*) - Lo saranno ancora considerate tutte domani, o si scoprirà che alcune in realtà sono strutture composte ?

11 Interazioni Fondamentali I hanno permesso di isolare e capire le interazioni deboli W + e Z 0 (Rubbia 1983)

12 fusione nucleare a che servono i neutrini ?a scaldarci ! (in realtà non direttamente, ma nel senso che senza i non saremmo scaldati dal sole) lenorme energia sprigionata allinterno delle stelle ( e quindi anche dal sole ) non può provenire da reazioni chimiche. proviene da reazioni di FUSIONE NUCLEARE ( Eddington, 1920) ciclo p-p e+e+ p + p d + e + + d + p 3 He + 3 He + 3 He 4 He + 2p in definitiva p + p 4 He + Luce e radiazioni e.m.

13 sole sulla Terra ~ / cm 2 accompagnano necessariamente i, la radiazione e.m. che ci illumina e scalda! egualmente abbondanti ma invisibili

14 riscaldamento perchè la radiazione e.m. (luce, u.v.) ci scalda e i no ? risposta perché la radiazione e.m. interagisce con il nostro corpo e vi deposita la sua energia (calore) i neutrini no, ci attraversano senza interagire: non depositano energia !

15 enigmi e ora veniamo agliENIGMI ! bassissima probabilità di interazione dei negli apparati sperimentali (rivelatori) aspetti ancora misteriosi del e,,z carica elettrica0momento angolare di spin1 / 2interazionidebolemassa?altre proprietà? ?

16 enigma neutrino Lenigma m e le sue implicazioni m FISICA ASTROFISICACOSMOLOGIA

17 massa del neutrino m > 0 ? FISICA Le odierne teorie pongono m = 0 perché tanto piccola che non se ne vedono ancora gli effetti. Nessuna ragione fondamentale. Se m > 0 nuove frontiere della Fisica ASTROFISICA La materia oscura delluniverso è in parte spiegata da m = 0, vista labbondanza di nelluniverso ? COSMOLOGIA Continuerà lespansione delluniverso iniziata con il bing bang ?

18 La Massa Oscura verso la Terra misura della frequenza per effetto doppler frequenza R massa visibile massa invisibile Massa Visibile = 10% Massa Totale Curva sperimentale rilevata

19 Componenti noti dellUniverso Materia visibile ( emette radiazioni e.m., luce, raggi x,... ) Fotoni reliquie del Big-Bang ( cm 3 a 2,7 °K - Arno e Penzias 1965 ) Neutrini reliquie del Big-Bang ( stimati a cm 3 a 2,7 °K ) E la materia oscura ? viene da m > 0 ? particelle elementari ora ignote ? ? N.B. m non richiede linvenzione di nuovi oggetti ed è plausibile che sia m > 0

20 LUNIVERSO IN ESPANSIONE (Legge di Hubble, 1929)

21 Big Bang Il Grande Scoppio (Big Bang) R t Big Bang oggi Situazione limite c Grande Freddo < c Grande Scontro > c la materia oscura influisce su c !

22 ricerca Alla ricerca di m Il metodo più sensibile è basato sulla ricerca di un effetto indotto da m le oscillazioni di neutrino esperimenti: GALLEX (Gran Sasso) Osservazione dei neutrini prodotti dalla fusione nucleare nel sole CHORUS (Cern) Osservazione dei neutrini prodotti mediante un acceleratore di particelle


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