L’occhio del computer
(ovvero: come l’informatica puo’
aiutarci a vedere le entita’ fondamentali
della natura)
Alessandro De Angelis
Univ. di Udine, INFN Trieste e IST Lisboa
Giornate Scientifiche 2001
CISM Udine, 8 Marzo
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Il punto di partenza
n
n
La fisica costruisce modelli che spiegano la natura (o
meglio le nostre osservazioni della natura, o meglio ancora le
osservazioni della nostra interazione con la natura)
Conosciamo il mondo principalmente attraverso i
nostri occhi, sensibili a una banda di frequenze
centrata sulla frequenza di emissione del sole
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L’informazione raccolta
dai nostri occhi
n
n
n
Ci ha consentito di
vivere in una natura
ostile per milioni di anni
Ci da’ piacere, ci fa
sentire piccoli ma parte
dell’universo
E’ lenta, limitata e
incompleta
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I due versi della conoscenza
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C’e’ ancora spazio per la lentezza?
n
n
n
n
Negli ultimi secoli assistiamo a un’accelerazione della
scienza (della storia)
Cerchiamo di assorbire e valutare piu’ informazione,
piu’ velocemente
Questo si riflette sul modo in cui acquisiamo ed
elaboriamo informazione, nel piccolissimo come su
scale cosmologiche
Questa lezione e’ proprio su questo.
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La fisica dei costituenti fondamentali:
breve archeologia
n
Prima del ‘900 non si sperava di
poter “vedere” i costituenti
fondamentali: le loro proprieta’
venivano indotte da fatti
sperimentali (-> tavola periodica)
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La fisica dei costituenti fondamentali:
gli inizi dell’era sperimentale
n
n
n
A partire dai primi anni del
XX secolo, ci si e’ chiesto:
come visualizzare i
costituenti fodamentali?
L’occhio non puo’ ->
emulsioni fotografiche, come
all’inizio degli studi sulla
radioattivita’
Un’emulsione -> sviluppo,
stampa e un giorno di analisi
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La camera a nebbia
n
n
n
Wilson 1911: vapor d’acqua
soprassaturo. La camera si
espande, raffreddando l’aria
e facendo condensare il
vapore
Ma da dove comincia a
consensare ?
Da imperfezioni, per esempio
gli ioni presenti
Una macchina fotografica
scatta una foto delle tracce di
goccioline lasciate dagli ioni.
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La camera a bolle
n
Un liquido che cerca di bollire prima che puo’ (30 Hz)
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Charpak e la camera a fili
n
n
Ora l’informazione e’ facilmente digitalizzabile (ossia:
traducibile in numeri) !
La camera a fili apre la porta all’uso del computer per
l’analisi dei dati in fisica fondamentale
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Rubbia e la rivoluzione elettronica
n
UA1, Rubbia ‘80 : un grande esempio di
uso delle tecnologie di punta (105 canali
di elettronica)
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Gli esperimenti di oggi
n
n
Gli esperimenti di fine XX secolo : ~
106 canali di elettronica, > 1
interazione/secondo (DELPHI, Amaldi ‘90)
Data Summary Tapes di 107 eventi,
~1012 Bytes
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Il prossimo futuro
n
n
Nel prossimo futuro
(2005-) aspettiamo un
altro fattore 1000…
…impossibile “vedere” gli
eventi senza il computer
TROPPO PICCOLI E
TROPPO COMPLESSI
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(Costituenti elementari:
la visione diretta non e’ possibile)
n
n
Esperimento chiave: Rutherford 1900
La tecnica che Rutherford usò nel suo
esperimento per sondare la struttura
dell'atomo viene adoperata ancor oggi:
•
Una sonda (le particelle alfa)
•
Un bersaglio (gli atomi della lamina)
•
Un rivelatore (lo schermo)
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Test: siete bravi fisici delle particelle?
Prova anche tu! Trova la forma del bersaglio nascosto dalla nuvoletta nera...
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Soluzione...
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Le infrastrutture
e l’elaborazione dell’informazione
n
n
Tecnologie di punta nel
data storage e
nell’elaborazione
dell’informazione
Byproducts come il
World Wide Web
…e dimenticatevi Matrix:
ora arriva GRID
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Fisica dei costituenti elementari:
il futuro
n
n
n
n
Per andare oltre, acceleratori
grandi come le stelle e le
galassie...
Ma ci sono acceleratori
grandi come le stelle e le
galassie: sono le stelle e le
galassie stesse
Dall’Universo, raggi di
energia 108 volte > di quelli
che l’uomo riesce a produrre
NASA, ESA: cercare
l’infinitamente piccolo
nell’infinitamente grande
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GLAST verra’ spedito in orbita nel 2005 da un vettore della NASA.
Lo strumento e’ ispirato alle tecniche della fisica delle particelle.
Come ci aspettiamo una mappa
del cielo nello spettro dei raggi
gamma dopo un anno di lavoro
di GLAST. Al centro la Via
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Lattea, la nostra galassia.
A. De Angelis 2000
Utilizzando un know-how costruito in una pluriennale
collaborazione con il CERN di Ginevra e una preziosa
sinergia con Informatica, a Udine abbiamo la
responsabilita’ dell’event display e di parte del software
di simulazione e studiamo come interpretare i segnali.
Il cielo stellato sopra di noi
n
Anche nell’altro verso,
quello del molto grande, ci
sono oggetti che l’occhio
non vede…
GIA’ DAL ‘600 LA SCIENZA
HA COMINCIATO AD
AFFRONTARE (SENZA
COMPUTERS) IL
PROBLEMA DEL TROPPO
LONTANO
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Vediamo solo in parte
cio’ che ci circonda
n
C’e’ tutto un mondo di colori, ma i nostri occhi vedono
solo una stretta banda
n
n
n
Dal rosso al violetto nell’arcobaleno
Ogni colore corrisponde a una diversa energia della luce
Anche i colori che non vediamo hanno nomi a noi
familiari: ascoltiamo la radio, scaldiamo il cibo nel
microonde, fotografiamo le nostre ossa mediante i
raggi X...
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E il resto ?
n
avete mai pensato che cosa accadrebbe se vedessimo
solo il verde ?
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L’universo
che non vediamo
n
n
n
Quando si fa una foto si
cattura la luce
(anche l’immagine del
telescopio, ingrandita, viene
dalla luce visibile)
Analogamente si puo’
mappare in falsi colori
l’immagine di un “telescopio
a raggi X”
L’elaborazione
dell’informazione e’ cruciale
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Il resto dello spettro: osservazioni
spaziali
n
Per limitare gli effetti di
diffusione dell’atmosfera,
i nuovi telescopi vengono
lanciati nello spazio
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Sorgenti spaziali non identificate
n
Molti oggetti
spaziali non
emettono nel
visibile (sembrano
oscuri ai nostri
occhi)
n
A volte vivono troppo poco
per noi: anche in questo
l’occhio del computer aiuta
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Ci sono oggetti invisibili
(e dominano la materia dell’Universo)
n
La materia
oscura
(probabilmente
il 90% della
materia) non
emette nelle
frequenze da
noi visibili
n Nuove particelle
elementari
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La materia oscura
e il nostro destino ultimo
n
n
Misurare quanta materia
c’e’ nell’Universo ci puo’
chiarire il problema
fondamentale : l’Universo
tornera’ indietro o
continuera’ ad espandersi
indefinitamente ?
Solo con l’occhio del
computer possiamo
sperare di afferrare il
nostro destino ultimo
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L’occhio del computer
come estensione di noi
n
n
n
Per afferrare i principi primi e il destino ultimo
dell’Universo, i suoi osservatori diventano bionici…
Fra i nuovi strumenti (che portano nuova conoscenza)
oggi il computer e’ uno dei protagonisti
L’interplay tra fisica e matematica che ha tanto ha
giovato alla comprensione della Natura nei secoli
scorsi ha oggi un terzo attore: l’informatica
Sempre piu’ cerchiamo risposte ai problemi
fondamentali con l’aiuto dell’occhio del computer.
L’elaborazione dell’informazione e’ la chiave.
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