Il premio Nobel per la Fisica – 2015 L’insostenibile leggerezza dell’essere....un neutrino I camaleonti dello spazio Catalina Curceanu, LNF-INFN IdF 2015.

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1 Il premio Nobel per la Fisica – 2015 L’insostenibile leggerezza dell’essere....un neutrino I camaleonti dello spazio Catalina Curceanu, LNF-INFN IdF 2015

2 Una parte importante del futuro della fisica delle particelle è lo studio dei neutrini. Il Modello standard, com'è stato originariamente formulato, suggeriva che i neutrini non hanno massa. In realtà ce l'hanno solo che non sappiamo perché. Non ancora. Peter Higgs (Nobel per la Fisica 2013)

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4 Press Release 6 October 2015 The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the Nobel Prize in Physics for 2015 to Takaaki Kajita Super-Kamiokande Collaboration University of Tokyo, Kashiwa, Japan and Arthur B. McDonald Sudbury Neutrino Observatory Collaboration Queen’s University, Kingston, Canada “for the discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass” Per la scoperta delle oscillazioni dei neutrini che dimostrano che i neutrini hanno massa

5 Arthur McDonald of Queen’s University (29 agosto 1943) Takaaki Kajita of the University of Tokyo (9 marzo 1959) Photograph: Queens University/Kyodo News via AP

6 The Nobel Prize in Physics 2015 recognises Takaaki Kajita in Japan and Arthur B. McDonald in Canada, for their key contributions to the experiments which demonstrated that neutrinos change identities. This metamorphosis requires that neutrinos have mass. The discovery has changed our understanding of the innermost workings of matter and can prove crucial to our view of the universe Il Premio Nobel per la Fisica 2015 e’ stato assegnato a Takaaki Kajita in Giappone e Arthur B. McDonald in Canada, per il loro contributo chiave per gli esperimenti che hanno dimostrato che i neutrini cambiano identità. Questa metamorfosi richiede che i neutrini hanno massa. La scoperta ha cambiato la nostra comprensione del funzionamento intimo della materia e può rivelarsi fondamentale per la nostra comprensione dell’Universo

7 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2015/popular-physicsprize2015.pdf

8 8 Bosone di Higgs Mediatori di Forze Z bosone W  fotone g gluone Famiglie di materia Famiglie di materia  tau   -neutrino b bottom t top III  muone   -neutrino s strange c charm II e elettrone e e-neutrino d down up uI Leptoni Quarks FermioniBosoni Modello Standard

9 9  decay neutron proton e Non-conservazione di energia????

10 10  decay neutron proton e Dear radioactive ladies and gentlemen,...I have hit upon a ‘desperate remedy’ to save...the law of conservation of energy. Namely the possibility that there exists in the nuclei electrically neutral particles, that I call neutrons...I agree that my remedy could seem incredible...but only the one who dare can win... Unfortunately I cannot appear in person, since I am indispensable at a ball here in Zurich. Your humble servant W. Pauli December 4, 1930

11 11 Neutrino Facts Neutrino from Enrico Fermi for “Little neutral one” flux on Earth from Sun 6.5×10 14 /(m 2 s) ~ 0.3 MeV Neutrino from sun will pass through LY of solid lead, with 50% chance of interacting Average number of solar neutrinos interacting in a person per year  1 with ‘real energy’

12 12 Sorgenti di neutrino Sun: p + p  d + e + + e 8 B  8 Be + e + + e 2×10 38 s -1 Nuclear power reactors ~10 20 s -1 Cosmic Rays ~100 m -2 s -1 Uranium & Thorium from Earth crust ~ 5×10 10 s -1 m -2

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18 18 Neutrinos produced in atmosphere p 00 ++  e+e+ e-e- ++  Crisis lasted about... 20 anni!

19 19 GranSasso Neutrino Oscillations

20 20 e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top Milioni di neutrini al secondo attraverso un granello di sabbia Neutrinos oscillations Z bosone W  fotone g gluone e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top e e d down u up elettrone e-neutrino  muone   -neutrino s strange c charm  -neutrino  tau  b bottom t top

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23 23 Bruno Pontecorvo 1957 Oscillazione dei neutrini

24 Test site and final location: Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare LNGS

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26 26 Laboratori sotterranei Evento raro

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28 28 LNGS - OPERA

29 29 Cern Neutrinos to Gran Sasso (CNGS)

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31 31 OPERA ha scelto il canale più diretto e pulito per dimostrare l'oscillazione  ⇒  il prezzo da pagare: Lead – nuclear emulsion sandwich AND   decay   risoluzioni al  m  oscillation  masse enormi Pb Emulsion layers  1 mm OPERA experiment

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33 33 Giugno 2015, Le Scienze Secondo quanto annunciato ieri a seguito dell'analisi dei dati raccolti tra il 2008 e il 2012, l'esperimento OPERA, che coinvolge 140 fisici da 26 Istituti di ricerca in 11 paesi, ha rivelato ben cinque neutrini di tipo tau, frutto dell'oscillazione dei neutrini di tipo mu prodotti presso il centro ricerche di Ginevra e arrivati ai Laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN dopo aver percorso 730 chilometri nel sottosuolo. Considerato che il rumore di fondo è estremamente contenuto, cinque eventi sono stati sufficienti a raggiungere la fatidica soglia di 5 sigma nella significatività statistica che consente di annunciare una scoperta.

34 34 BOREXINO at LNGS – neutrini dal Sole e geoneutrini

35 35 BOREXINO at LNGS

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39 Futuro: -Massa dei neutrini! -Astronomia con neutrini (supernovae…) -Materia oscura – quale parte e’ dovuta ai neutrini? -GeoNeutrini – conoscere la nostra Terra; energia nucleare (Th/U) -Neutrini in future technologies: comunicazione, scoprire testate nucleari …. -CAPIRE l’UNIVERSO