Viaggio attraverso le potenze di 10 Dal Microcosmo al Macrocosmo Viaggio attraverso le potenze di 10 F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009
Di che cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene insieme? Rodin, Il pensatore
La dottrina dei 4 elementi
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
Il mondo è fatto di atomi! (circa 100 specie diverse) Mendeleev, 1869
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili? L’esperimento di Rutherford, primi anni del 1900
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
La struttura dell’atomo L’atomo è quasi interamente vuoto. Solo una piccola zona al suo centro è occupato dal nucleo. Attorno ad esso si muovono gli elettroni.
Allora il mondo è fatto di nuclei ed elettroni...
Ma il nucleo atomico ha una sua struttura! Costituito da protoni e neutroni
Le particelle elementari intorno al 1930 Adesso ho capito: il mondo è fatto di protoni, neutroni ed elettroni...
Esistono altre particelle in natura?
Esistono altre particelle in natura? Oh YES!
Esistono altre particelle in natura? Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente: Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)
Esistono altre particelle in natura? Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente: Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici) Particelle prodotte dapprima artificialmente e poi osservate in natura Esempio: pioni (prodotti mediante acceleratori)
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Muoni Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Neutrini Muoni Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Kaoni Neutrini Muoni Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Eta Kaoni Neutrini Muoni Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Lambda Eta Kaoni Neutrini Muoni Pioni Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Lambda Eta Kaoni Neutrini Muoni Pioni Xi Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Lambda Eta Kaoni Neutrini Muoni Omega Pioni Xi Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Lambda Eta Kaoni Neutrini Rho Muoni Omega Pioni Xi Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
La giungla delle particelle Dagli anni ‘50 in poi….. Lambda Eta Kaoni Neutrini Rho Muoni Omega Pioni Xi ….. …. …. Oltre 100 particelle prodotte artificialmente... ….
E inoltre quella delle antiparticelle... Lambda Eta Kaoni Neutrini Rho Muoni Omega Pioni Xi ….. …. …. Ogni particella ha la sua antiparticella! ….
Sono tutte realmente elementari?
Mi chiedo di cosa sia fatto il mondo….
Il mondo è fatto di quarks?
Le combinazioni di quarks rendono ragione della materia ordinaria Le combinazioni di quarks rendono ragione della materia ordinaria. Ma essi non esistono allo stato libero, rimanendo sempre confinati nella struttura delle particelle che essi costituiscono.
Le particelle elementari nel modello standard 6 quarks 6 leptoni 4 portatori di forza
Le 4 forze fondamentali Gravità Elettromagnetismo Forza forte Forza debole Ma forse sono aspetti diversi di un’unica forza
Una ricetta per il mondo...
Il Modello Standard lascia comunque aperti molti problemi:
I problemi aperti I raggi cosmici di altissima energia
I problemi aperti Il deconfinamento dei quarks e gluoni
I problemi aperti L’eventuale esistenza di un’ulteriore particella: il bosone di Higgs, prevista dal modello ma finora non osservata
I problemi aperti L’unificazione delle forze
I problemi aperti Le oscillazioni del neutrino
I problemi aperti Il ruolo della materia e dell’antimateria nell’Universo
I problemi aperti La materia oscura
Questi problemi riguardano allo stesso tempo la comprensione della struttura della materia attuale ma anche le prime fasi evolutive dell’Universo
F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002
Alcuni fatti salienti dopo il Big Bang: T 0,000001 secondi: formazione protoni e neutroni T 3 minuti: formazione dei primi nuclei T 300.000 anni: formazione dei primi atomi T 1 miliardo di anni: formazione delle galassie T 15 miliardi di anni: formazione del Sole
Energia e tempo Per avere informazioni su ciò che è successo in un intervallo di tempo sempre più piccolo occorre impiegare energie sempre più grandi Qual è la massima energia impiegabile in linea di principio? L’energia stessa di tutto l’Universo
Il tempo di Planck 0,0000000000000000000000000000000001 secondi cioè 10-43 s La Fisica rinuncia a investigare per ragioni di principio ciò che è antecedente a questo tempo
Come dare risposta ad alcuni dei problemi aperti? Con esperimenti condotti mediante - acceleratori di particelle - osservazione delle radiazioni esistenti in natura (raggi cosmici, neutrini, gamma,...) dalla Terra o dallo spazio
Il Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso
Un laboratorio realizzato in una miniera abbandonata in Giappone
Un apparato per la rivelazione di raggi cosmici di alta energia, in Germania
In che modo riusciamo a vedere le cose?
Che strumenti abbiamo bisogno per vedere gli oggetti?
Gli acceleratori di particelle
Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra Un complesso di acceleratori ad energie e dimensioni crescenti per lo studio della struttura della materia
Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra Gestito e supportato da vari Paesi europei
Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra Il tunnel dell’acceleratore SPS (ancora in funzione), con una circonferenza di 6 km
Il futuro al CERN: l’acceleratore LHC, un anello da 27 km di circonferenza Entrerà in funzione nel 2009. A quella data dovranno essere pronti anche i 4 apparati di rivelazione previsti
L’esperimento ALICE
L’esperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori
L’esperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori Circa 80 Istituzioni
L’esperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori 25 Nazioni Circa 80 Istituzioni
L’esperimento ALICE Oltre 1000 ricercatori 25 Nazioni Circa 80 Istituzioni Hanno lavorato per oltre 10 anni (1995-2009) alla progettazione e costruzione dell’apparato e per almeno 10 anni (2009-2020) alla raccolta e all’analisi dei dati sperimentali
La gestione dei dati I grandi esperimenti di fisica producono una quantità impressionante di dati: Stima per l’esperimento ALICE: dell’ordine dei Gbytes /s (circa 1000 elenchi telefonici al secondo) Per la sola analisi di questi dati serviranno circa 10.000 calcolatori che lavorino senza interruzione 24 h al giorno!
Considerazioni finali
Considerazioni finali L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
Considerazioni finali L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo La categoria dell’imprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica
Considerazioni finali L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo La categoria dell’imprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica Pur nella varietà dei fenomeni, è sempre in atto un tentativo di comprensione unitaria