ContENIMENTO Di antimaterIA

Presentazione sul tema: "ContENIMENTO Di antimaterIA"— Transcript della presentazione:

1 ContENIMENTO Di antimaterIA
Trappola per l’antimateria da “Angeli e Demoni”

2 Star Trek © Paramount Pictures
Da Star Trek (Serie Originale) Stagione 3, episodio “Quello che sopravvive” (1969) “…e non sono neanche sicuro che si possa sopravvivere nel flusso di energia del campo magnetico che imbottiglia l’antimateria!...” Star Trek © Paramount Pictures

3 Possiamo veramente “imbottigliare” l’antimateria?
L’antimateria E’ STATA contenuta con successo, ma solo in quantità piccolissime e per un tempo relativamente breve.

4 Come avete visto in uno degli esempi della lezione “Ragazzi con giocattoli”, l’Enterprise avrebbe dovuto contenere 15 mila tonnellate di antimateria (giusto per spingersi a metà della velocità della luce).

5 Come avete scoperto nella lezione “Operazione: Annichilimento
Come avete scoperto nella lezione “Operazione: Annichilimento!”, il contenitore portatile di antimateria nel film Angeli e Demoni racchiudeva una quantità apparentemente “ragionevole” (0.12 grammi) di antimateria. Ma anche questa piccola quantità avrebbe richiesto il contenimento di circa 7.2×1022 atomi di anti-idrogeno.

6 Se vengono usati campi magnetici per contenere l’antimateria, le particelle devono essere caricate elettricamente. Un atomo di anti-idrogeno (composto di un antiprotone e un positrone) è elettricamente neutro.

7 Comunque, particelle cariche di antimateria come positroni e antiprotoni possono essere confinate in un apparato detto “Trappola di Confinamento”. Daremo un’occhiata al modo in cui una versione semplificata di questo contenitore cilindrico possa intrappolare l’antimateria…

8 S Avete imparato* che cariche negative (come un antiprotone) sono deflesse come in figura quando si muovono in un campo magnetico diretto verso l’alto (cioè dal polo Nord al polo Sud del magnete ) Direzione del campo magnetico N *Guarda “Lo caricherai?” nei Materiali di Background

9 Direzione del campo magnetico
S Il percorso dell’antiprotone all’interno del campo magnetico è circolare (in giallo), e, modificando l’intensità e l’estensione del campo, possiamo fare in modo che l’antiprotone continui a muoversi in circolo… Direzione del campo magnetico N

10 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

11 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

12 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

13 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

14 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

15 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

16 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

17 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

18 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

19 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

20 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

21 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

22 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

23 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

24 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

25 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

26 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico N

27 N S N S Direzione del campo magnetico
Nella prossima sequenza, abbiamo cambiato il punto di vista così che la direzione del campo è ora verso destra (e l’antiprotone punta lievemente inclinato dentro la pagina). Come esercizio, renditi conto che il moto della particella è in accordo con la sequenza precedente. N S Direzione del campo magnetico

28 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

29 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

30 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

31 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

32 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

33 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

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S Direzione del campo magnetico

35 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

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S Direzione del campo magnetico

37 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

38 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

39 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

40 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

41 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

42 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

43 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

44 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

45 In aggiunta a questo moto circolare, la particella si muoverà nello stesso tempo nella direzione che aveva quando è entrata nel campo magnetico. Così, se l’antiprotone era inizialmente entrato da sinistra, il moto apparirebbe così…

46 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

47 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

48 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

49 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

50 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

51 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

52 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

53 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

54 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

55 Possiamo dire che l’antiprotone si muove a spirale
Possiamo dire che l’antiprotone si muove a spirale. Questo impedisce che esso venga in contatto con le pareti della trappola.

56 Ma il campo magnetico da solo non è sufficiente a contenere l’antiprotone, poichè se esso continua su questo percorso, si annichilisce non appena raggiunge la fine della trappola!

57 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

58 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

59 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

60 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

61 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

62 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

63 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

64 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

65 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

66 Direzione del campo magnetico
Poof! N S Direzione del campo magnetico

67 Direzione del campo magnetico
S Direzione del campo magnetico

68 Quindi abbiamo bisogno di un modo di confinare la particella anche nel senso della lunghezza della trappola. Per ottenere ciò, usiamo un’altra proprietà delle particelle cariche…la repulsione dalle cariche dello stesso segno.

69 Per spiegare come ciò funziona, possiamo usare una semplice analogia con la gravità…

70 Se prendiamo una piccola sfera di metallo…

71 …e la facciamo rotolare in una cavità liscia…

72 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

73 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

74 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

75 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

76 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

77 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

78 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

79 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

80 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

81 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

82 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

83 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

84 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

85 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

86 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

87 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

88 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

89 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

90 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

91 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

92 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

93 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

94 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

95 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

96 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

97 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

98 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

99 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

100 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

101 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

102 …ci aspettiamo che il suo moto sia pressapoco così…

103 ..finchè si ferma sul fondo.

104 Ciò accade perchè la palla perde continuamente energia mentre si muove nella cavità.

105 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

106 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

107 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

108 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

109 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

110 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

111 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

112 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

113 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

114 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

115 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

116 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

117 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

118 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

119 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

120 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

121 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

122 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

123 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

124 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

125 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

126 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

127 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

128 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

129 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

130 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

131 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

132 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

133 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

134 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

135 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

136 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

137 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

138 Comunque, se le dessimo una spintarella extra (cioè più energia) ogni volta che passa, per esempio, sul fondo della cavità, potremmo tenerla in movimento…

139 Bene, era solo un’analogia.
Ovviamente non stiamo parlando di una sferetta che si muove sotto l’influenza della gravità (o di un campo gravitazionale), ma di una particella carica che vogliamo controllare usando un campo elettrico.

140 0 V -10 V Per una particella negativa come l’antiprotone, possiamo ottenere qualcosa di simile all’analogia gravitazionale usando un generatore connesso in modo tale da dare a ciascuna estremità della trappola un voltaggio negativo rispetto alla terra (0 volt) nel centro. Il generatore serve a mantenere il voltaggio negativo rispetto alla terra.

141 In questo modo l’antiprotone sarà confinato nel verso della lunghezza della trappola, costretto a oscillare avanti e indietro in una “buca” di potenziale. -10 V 0 V -10 V

142 In questo modo l’antiprotone sarà confinato nel verso della lunghezza della trappola, costretto a oscillare avanti e indietro in una “buca” di potenziale. -10 V 0 V -10 V -10 V 0 V

143 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V -10 V -10 V 0 V

144 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

145 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

146 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

147 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

148 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

149 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

150 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

151 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

152 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

153 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

154 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

155 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

156 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

157 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

158 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

159 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

160 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

161 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

162 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

163 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

164 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

165 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

166 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

167 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

168 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

169 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

170 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

171 Da questo punto di vista, l’antiprotone si muove entro la “cavità” piuttosto come uno skateboard che percorre mezzo tubo… -10 V 0 V

172 Gli effetti combinati dei campi magnetico ed elettrico impediscono che l’antiprotone venga in contatto con TUTTI i lati del cilindro. L’antiprotone è ora INTRAPPOLATO…

173 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

174 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

175 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

176 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

177 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

178 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

179 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

180 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

181 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

182 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

183 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

184 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

185 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

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- N Direzione del campo magnetico S

187 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

188 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

189 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

190 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

191 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

192 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

193 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

194 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

195 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

196 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

197 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

198 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

199 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

200 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

201 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

202 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

203 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

204 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

205 Direzione del campo magnetico
- N Direzione del campo magnetico S

206 Anche i positroni possono essere intrappolati in questo modo.
Come esercizio, pensa come dovresti organizzare una trappola simile per contenere positroni. Quali cambiamenti sarebbero necessari rispetto alla trappola per antiprotoni?

207 Ahimé, l’antiatomo è perso.
Quando un antiprotone si combina con un positrone, l’atomo neutro di anti-idrogeno non è più confinato dai campi della trappola. Ahimé, l’antiatomo è perso. Se vuoi saperne di più sugli esperimenti fatti al CERN per cercare di risolvere il problema del contenimento dell’anti-idrogeno, dai un’occhiata ai seguenti siti: