slides - INFN-LNF

La grande forza della scienza, nonché il suo motore,
è la curiosità. La curiosità, il puro desiderio di
conoscere e di sapere, che ha spinto noi, gli umani, a
guardare in alto, in profondità, ma anche dentro noi
stessi. E indagando abbiamo trovato veri tesori. La
fisica ci spiega cosa succede nell’atomo ma anche
nell’Universo, un mondo che varia dal miliardesimo di
miliardesimo di metro a decine di miliardi di anni
luce! Abbiamo una spiegazione razionale, che,
anche se non è quella finale, risponde a domande
del tipo: di cosa è fatto il mondo, come è nato
l’Universo e come potrebbe evolversi. Se poi la fisica
fondamentale, come vedremo, ha anche ricadute
nella vita di tutti i giorni, questo è davvero il massimo!
Due “rivoluzioni scientifiche” stanno alla base
della FISICA MODERNA – entrambe occorse
nella prima meta’ del 20esimo secolo.
Tutto cio’ e’ accaduto quando i fisici hanno
provato (e riuscito) di estendere le leggi delle
fisica OLTRE l’esperienza di ogni giorno, oltre il
senso comune
Hanno “partorito”:
• La teoria della Relativita’
• La Meccanica Quantistica
” Nn troverai mai la
verità se non sei
disposto ad accettare
anche ciò che non ti
aspetti “. Eraclito
F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002
L’atomo all’inizio del ‘900
L’atomo di Thompson
L’atomo quantistico
L’atomo di
Rutherford
e Bohr
Il nucleo oggi
La struttura del nucleo
Le forze fondamentali
forza
Gravitazionale
Debole
intensità
1
1029
effetto
Vi tiene seduti
Decadimenti:
n p + e- + n
W
Z
bosone
bosone
Elettromagnetica
1040
Tiene insieme gli atomi
g
fotone
Forte
1043
Tiene insieme i nuclei
g
gluone
Leptons
Quarks
Fermions
Bosons
u c t g
d s b g
up
down
charm
top
strange bottom
gluone
fotone
ne nm nt W
e-neutrino m-neutrino t-neutrino
e m t
elettrone
muone
tau
bosone
Z
bosone
Higgs
Boson
1 miliardo a. l.
La Storia dell’Universo
Positron Electron Tomography
Si tratta di una moderna tecnica medica per visualizzare organi interni.
Un apparecchiatura PET ha ~ 10.000
rivelatori di g
rivaltori BGO di spessore 3 cm
Al paziente viene iniettata una sostanza radiofarmacologica (prodotta da un ciclotrone) con
una vita media piuttosto breve.
La sostanza iniettata raggiunge l’organo che si vuole visualizzare
(cuore, cervello etc…) dove emette positroni  l’annichilazione dei
positroni con gli elettroni presenti del corpo produce 2 g emessi in
direzione opposta
Positron Electron Tomography
Le risoluzioni spaziali ottenibili con la PET dipendono dal
radioisotopo usato ~ 2 mm F e 4 mm z
Per ricostruire immagini tridimensionali sono necessari software di
ricostruzione molto sofisticati che tengano conto dei fenomeni di diffusione
attenuazione falsi eventi.
La Tomografia Computerizzata
The 3,300-year-old mummy
of King Tutankhamun is scanned to assess
the need for restoration and also to attempt to
discover the cause of his early death (January
2005)
(Computed Tomography Imaging (CT Scan )
Adroterapia
Gli "Adroni" possono essere usati nella terapia di forme tumorali
particolari. Infatti portati all’energia giusta da una macchina acceleratrice,
sono in grado di danneggiare i tessuti malati soltanto alla fine del loro
percorso nel corpo del paziente, in corrispondenza del tumore stesso
I melanomi oculari sono curabili quasi
esclusivamente con terapie adroniche
Il trattamento con protoni permette di depositare
quantita` di energia controllate direttamente nella
regione tumorale
120
Co g, 8 MeV
Ionizzazione percentuale
60
100
Protoni, 200 MeV
80
60
40
20
-
e , 8 MeV
0
0
5
10
15
20
Profondità in acqua (cm)
25
30
Manufatto
Sorgente
Rivelatore
Battaglia di Anghiari
Oetzi
Microscopio elettronico
Microscopio elettronico: polvere da sparo
Terza parte del libro:
il libro dei “misteri”
La forza di gravita`
Una distorsione nel tessuto dello spazio
Onde gravitazionali
Le onde gravitazionali sono 1040 volte meno
intense delle onde elettromagnetiche
Fisica LHC (2)
• Sappiamo ora che il 95% della massa dell‘universo non è
costituita da materia simile a quella che conosciamo da
tempo. Di che si tratta? In altre parole, cosa sono la materia
oscura e l'energia oscura?
• Esistono le particelle supersimmetriche (SUSY)?
• Esistono le extradimensioni previste da vari modelli emersi
dalla teoria delle stringhe? E possiamo "vederle" in qualche
modo? – si BUCHI NERI – per noi UN FATTO POSITIVO
• Quali sono le caratteristiche della violazione CP che
possono spiegare la dissimmetria tra materia e antimateria,
cioè la quasi assenza di antimateria nell'universo?
• Cosa si può conoscere con maggiori dettagli di oggetti già
noti (come il quark top)?
• Verificare sperimentalmente la teoria delle stringhe?
Fisica LHC (3)
Unexpected…
L’unificazione di tutte le forze?
L’unificazione delle forze
F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002
Questioni Aperte
 Le particelle sono veramente puntiformi ?
Teoria delle Stringhe
ulteriore livello
microscopico: particelle
non sono puntiformi, ma
piccoli (10-33 cm) anelli
oscillanti
diversi stati di oscillazione
della stringa 
particelle diverse
I modelli Cosmologici
Laboratori Nazionali di Frascati, info:
http://www.lnf.infn.it/sis/
ADA e ADONE
ATLAS
NAUTILUS
KLOE
Centro di
Calcolo
OPERA
DAFNE
BTF
DAFNE-L
FISA
FINUDA
DEAR
Auditorium
VIP setup at LNGS
Final setup at LNGS
La ventata di aria fresca che i ragazzi dei
vari licei in cui svolgo attivita’ di formazione
e’ insostituibile: ragazzi che mi rassicurano
sul futuro – malgrado la crisi, malgrado i
problemi, voi, giovani ragazzi, avete voglia
di fare. Quanto e’ bello stare in mezzo a voi!
E quante domande intelligenti sapete fare!
Uno stimolo continuo siete per me
http://www.springer.com/physics/applied+%26+technical+physics/
book/978-88-470-5240-6