protone o neutrone (nucleone) Situazione al 1935 ~ 10- 8 cm ~ 10-12 cm ~ 10-13 cm elettrone protone o neutrone (nucleone) < 10-15 cm Quante sono le scatole cinesi ?

IL MODELLO STANDARD Costituenti Particelle Forza Dal 1935 in poi le cose sono cambiate … parecchio !! Costituenti 6 QUARKS ( up, down) (charm, strange) (top, bottom) Formano gli adroni 6 LEPTONI (elettrone, neutrino-e) (muone, neutrino-mu) (tau, neutrino-tau) Particelle Forza Forte 8 gluoni Debole W+ W- Z0 Elettromagnetica fotone Unificate N.B. La forza di gravità non è inclusa !

Descrizione quantistica – Scambio di particelle virtuali Le Forze, o interazioni, fra i costituenti vengono descritte nella fisica moderna come effetto prodotto dallo scambio di particelle di tipo forza, i bosoni vettori intermedi. Descrizione quantistica – Scambio di particelle virtuali del campo associato Modellino meccanico – pattinatori che si lanciano una palla Lo scambio di Energia-Impulso fra costituenti genera una interazione. La sorgente è la “carica”, il mediatore è il bosone vettore intermedio | elettrica fotone “carica” | forte, o di colore 8 gluoni distinti | debole W+ W- Zo

Acceleratori di particelle Principio di funzionamento: una d.d.p. applicata fra due elettrodi accelera di moto uniformemente accelerato ioni inizialmente a riposo. L’energia conferita dipende dalla d.d.p. del campo elettrico e dalla quantità di carica elettrica della particella da accelerare. Ecin = ΔV ∙ Q - + ΔV L’energia cinetica di una particella si può esprimere in elettron-Volt 1 eV = 1.6 ∙ 10 -19 Joule - + Limitazione principale: già a pochi MV si verificano scariche premature (anche nel tubo a vuoto in cui viaggiano le particelle) che abbassano la tensione e ne rendono impossibile il funzionamento.

Acceleratore lineare - + - + + - + - ● ~ Cilindri cavi conduttori

Linac 2 del CERN Courtesy: CERN

Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), CA, USA. Campus 280 Freeway Research yard 2 miles Linac Acceleratore lineare di elettroni, costruito fra il 1962 e il 1966. Emax = 30 GeV Ben presto arrivò un risultato importantissimo

Cosa avviene concettualmente in un urto tra particelle ? Due protoni vengono fatti urtare fra loro ad alta energia (accelerati da un acceleratore) Nell’urto, una parte dell’energia cinetica dei protoni si trasforma in materia Lo studio dei prodotti della collisione ci da informazioni per capire cosa è avvenuto

Ciclotrone B

Equazione (scalare) di stabilità dell’orbita. Un ottimo esempio di tecnologia avanzata, utilizzata ancora oggi nel campo della fisica nucleare e della fisica medica, trattabile classicamente. Il ciclotrone funziona come tale fino a che ci si limita a basse velocita` ( v = 0.27 c ). Equazione (scalare) di stabilità dell’orbita. m v ² ––– = q v B r Forza di Lorentz Forza centripeta La frequenza di ciclotrone non dipende da r e non dipende dalla d.d.p. fra le Dee ! L’energia cinetica massima raggiungibile e` calcolabile classicamente Ecin = ½ m v ² = q² B² r² / 2m

Nel cuore del Sincrociclotrone (SC) del CERN

I Colliders Materia e antimateria e+ e- collidono !! Cavità acceleratrice Magneti dipolari nel tunnel di 27 Km

Il futuro Large Hadron Collider Protone-Protone a 14 TeV Perché LHC ? Perché il Modello Standard non risponde a molte domande.

Transverse slice through CMS detector Click on a particle type to visualise that particle in CMS Press “escape” to exit

9 domande “scottanti” Nuovi principi, simmetrie, leggi fisiche LHC Energia oscura ? Dimensioni spaziali extra LHC Unificazione delle forze Perché così tanti tipi di particelle diverse LHC Materia oscura LHC Cosa ci stanno dicendo i neutrini ? Come nasce questo universo ? Cosa è successo all’antimateria ? LHC