Large Hadron Collider

Large Hadron Collider
LHC è la macchina più grande
del mondo, nel cui interno sono
accelerate particelle fino a
raggiungere velocità prossime a
quelle della luce. Le particelle
vengono fatte collidere fra di
loro con urti ad altissime
energie.
È utilizzata da scienziati di tutto
il mondo per fare ricerca di
frontiera.
I NUMERI DI LHC
Collaboratori: 600 fisici italiani su
1200 membri, 131 istituti e 36 paesi
coinvolti.
Lunghezza: 27 km.
Peso: leggerissima,
38.000 t,
meno di 50 treni Eurostar.
Dati ricavati: la macchina realizza 25
collisioni ogni 27 miliardesimi di
secondo, cioè 600.000 al secondo. I
dati elaborati vengono spediti
attraverso il GRID, una nuova rete di
supercomputer.
1232 dipoli e 2000 magneti.
A Large Ion Collider Experiment
Alice è uno dei quattro esperimenti attualmente presenti su LHC.
In Alice si studiano le collisioni fra nuclei di piombo.
Usando nuclei di atomi con molti neutroni e protoni,
degli urti è tale
che i fisici sperano di osservare un plasma di quark e gluoni: uno stato della
materia esistito per pochi milionesimi di secondo subito dopo il Big Bang.
DIMENSIONI:
Lunghezza 26 m
Altezza 16 m
Peso 10.000 t
Come identifichiamo le particelle?
Il rilevatore centrale identifica le
particelle ricostruendone il percorso
e misurandone la velocità.
Dalla curvatura della particella carica
nel campo magnetico riusciamo a
misurare la sua quantità di moto.
(N.B. il rilevatore di tempo è stato
realizzato a Bologna!!)
AGLI ALBORI DELL'ATOMO
Atomo: dal gr. ÁTOMOS composto di A privativo e Tomè (taglio) -->
indivisibile
"Opinione il dolce, opinione l'amaro, opinione il caldo, opinione il
freddo, opinione il colore. In realtà è soltanto gli atomi e il vuoto"
Democrito
LA RIVOLUZIONE
1911, RUTHERFORD: modello planetario
1932, CHADWICK: scoperta dei neutroni
SUMMA
L'atomo è neutro, costituito da due zone:
una zona sostanzialmente "vuota" all'interno della quale orbitano
elettroni in zone di massima probabilità dette orbitali.
Una zona densa detta nucleo, in cui vi sono protoni e neutroni,
tenuti legati da una forza detta attrazione forte.
MA... NE SIAMO PROPRIO SICURI?
Problemi:
La massa di protoni e neutroni è circa 10.000 volte maggiore di
quella degli elettroni. Dunque si sospetta che non siano particelle
elementari quali gli elettroni stessi
All'interno dell'atomo non sono state trovate alcune simmetrie
per cui si sono cercate all'interno del nucleo
1964, M.GELL-MAN e G. ZWEIG introducono i quark.
QU(estion m)ARK,
"Three quarks for Muster Mask" Finnegan's Ware, J. Joyce
Secondo il quadro della Fisica delle particelle elementari, sembra che i costituenti
elementari dei NUCLEONI siano delle sub-particelle chiamate QUARK.
Protoni e neutroni del nucleo sono formati da uno stato legato di 3 quark.
I quark esistono in 6 sapori, raggruppati in 3 famiglie.
FAMIGLIA
I
II
III
SAPORE
MASSA
(riferita alla massa
CARICA
(riferita alla carica del
protone)
Up
2
+2/3
Down
6
-1/3
Charm
3.000
+2/3
Strange
200
-1/3
Top
350.000
+2/3
Bottom
9.000
-1/3
Oltre alla carica elettrica, i quark hanno una nuova proprietà: la CARICA DI COLORE.
La carica di colore è responsabile
INTERAZIONE FORTE, forza che lega
i quark
del protone e del neutrone
i protoni e i neutroni
del nucleo.
La carica di colore, a differenza della carica elettrica che è a due varianti (carica
positiva e carica negativa), è una proprietà a tre varianti: il colore di ogni quark può
essere rosso, verde o blu.
Ogni nucleone ha di CARICA DI COLORE COMPLESSIVA NEUTRA: questo vuol dire
che, se un protone è formato da 2 quark Up e 1 quark down, uno di essi sarà rosso,
uno verde e uno blu.
FENOMENO DEL CONFINAMENTO: in natura sembra che possano essere osservate
come libere solo particelle con carica di colore neutra. Protoni e neutroni possono
essere osservati liberi, i quark non possono essere osservati liberi.
4 FORZE ELEMENTARI
Forza debole
Forza gravitazionale
Forza forte
Forza elettromagnetica
COSA SONO LE FORZE?
Ad eccezione della forza di gravità, secondo la
teoria della meccanica quantistica
tra due particelle di materia può essere
sempre rappresentata con lo scambio di una
terza particella.
FERMIONI
QUARK
LEPTONI
BOSONI
FOTONI GLUONI W e Z
FORTE
La Forza Forte è
che avviene fra nucleoni e fra quark.
Sono soggette ad interazione forte le particelle che presentano la cosiddetta
carica di colore .
La forza forte aumenta la sua intensità proporzionalmente alla distanza fra due
particelle. Cercando di allontanare due quark, la forza che li tiene legati aumenta.
Sembra impossibile dividerli !
Non solo allontanando due quark si verifica uno strano fenomeno: arrivati a una
certa distanza limite, al sistema è più conveniente convertire
accumulata
in massa, secondo la famosa equazione di Einstein E = mc2.
Così, allontanando due quark, si crea una nuova coppia di particelle: un quark e un
anti-quark!
PROCESSO DI ADRONIZZAZIONE
COME OSSERVARE QUARK LIBERI?
Sembra quindi che
modo per osservare quark liberi sia cercare di far
tendere a zero la loro distanza. Comprimendo i quark insieme, si ridurrebbe a zero
anche
della forza forte.
ALICE: IL BIG BANG
FATTO IN CASA
Alice fa collidere nuclei di
piombo ad alta energia per poter
confinare in uno spazio piccolissimo una
enorme quantità di quark.
Si viene a creare una gocciolina di
materia densissima e caldissima,
chiamata dai fisici plasma di quark e
gluoni, probabilmente lo stesso stato
che si formò 10-32 s dopo il Big Bang.
Con queste ricerche, i fisici sperano di
Perché
4,8 % di materia visibile,
25,8 % di materia oscura
e 69,4 % di energia oscura ?
Nel rivelatore si raggiunge la temperatura di
5,5 trilioni di gradi centigradi!
ALCUNE
APPLICAZIONI
IN CAMPO MEDICO:
PET
Adroterapia
Risonanza magnetica
Ecografia
IN CAMPO INDUSTRIALE:
Laser ad elettroni liberi
Pannelli solari ad alta temperatura
Attenuazione ß (per misurare le polveri
sottili)
PIÙ IN GENERALE:
Touch screen capacitivo
Il Web
Il grid
GPS
CCD (sensori per le macchine fotografiche
digitali)
Tecniche spettroscopiche per
non invasiva delle opere