f.riggi, corso presso litis cannizzaro, catania, 6 marzo 2009 dal microcosmo al macrocosmo viaggio...
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F.Riggi, Corso presso l’ITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009
Dal Microcosmo
al
Macrocosmo
Viaggio attraverso le potenze di 10
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Di che cosa è fatto il mondo e cosa lo tiene insieme?
Rodin, Il pensatore
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La dottrina dei 4 elementi
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Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
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Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
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Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
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Il mondo ci appare sotto una incredibile varietà di forme
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Il mondo è fatto di atomi!
(circa 100 specie diverse)
Mendeleev, 1869
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Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
L’esperimento diRutherford, primi anni del 1900
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Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
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Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
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Il mondo è fatto realmente di atomi indivisibili?
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La struttura dell’atomo
L’atomo è quasi interamente vuoto. Solo una piccola zona al suo centro è occupato dal nucleo. Attorno ad esso si muovono gli elettroni.
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Allora il mondo è fatto di nucleied elettroni...
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Ma il nucleo atomico ha una sua struttura!
Costituito da protoni e neutroni
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Adesso ho capito: il mondo è fatto di protoni, neutroni
ed elettroni...
Le particelle elementari intorno al 1930
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Esistono altre particelle in natura?
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Esistono altre particelle in natura?
Oh YES!
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Esistono altre particelle in natura?
Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente:
Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)
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Esistono altre particelle in natura?
Particelle osservate dapprima in natura e poi prodotte artificialmente:
Esempio: muoni (osservati nei raggi cosmici)
Particelle prodotte dapprima artificialmente e poi osservate in natura
Esempio: pioni (prodotti mediante acceleratori)
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Muoni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
KaoniEta
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
KaoniEta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
Xi
Eta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Eta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Rho
Eta
Lambda
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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La giungla delle particelle
Dagli anni ‘50 in poi…..
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Rho
Eta
Lambda
….….
….
…..
Oltre 100 particelle prodotte artificialmente...
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E inoltre quella delle antiparticelle...
Pioni
Neutrini
Muoni
Kaoni
XiOmega
Rho
Eta
Lambda
….….
….
…..
Ogni particella ha la sua antiparticella!
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Sono tutte realmente elementari?
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Mi chiedo di cosa sia fatto il mondo….
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Il mondo è fatto di quarks?
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Le combinazioni di quarks rendono ragione della materia ordinaria. Ma essi non esistono allo stato libero, rimanendo sempre confinati nella struttura delle particelle che essi costituiscono.
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Le particelle elementari nel modello standard
6 quarks
6 leptoni
4 portatori di forza
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Le 4 forze fondamentali
Gravità
Elettromagnetismo
Forza forte
Forza debole
Ma forse sono aspetti diversi di un’unica forza
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Una ricetta per il mondo...
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Il Modello Standard lascia comunque aperti
molti problemi:
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I problemi aperti
I raggi cosmici di altissima energia
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I problemi aperti
Il deconfinamento dei quarks e gluoni
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I problemi aperti
L’eventuale esistenza di un’ulteriore particella: il bosone di Higgs, prevista dal modello ma finora non osservata
![Page 43: F.Riggi, Corso presso lITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009 Dal Microcosmo al Macrocosmo Viaggio attraverso le potenze di 10](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/5542eb4c497959361e8b9f1c/html5/thumbnails/43.jpg)
I problemi aperti
L’unificazione delle forze
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I problemi aperti
Le oscillazioni del neutrino
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I problemi aperti
Il ruolo della materia e dell’antimateria nell’Universo
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I problemi aperti
La materia oscura
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Questi problemi riguardano allo stesso tempo
la comprensione della struttura della materia attuale
ma anche
le prime fasi evolutive dell’Universo
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F.Riggi, Microcosmo e macrocosmo, Vacanze studio Gennaio 2002
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Alcuni fatti salienti dopo il Big Bang:
T = 0 ?
T 0,000001 secondi: formazione protoni e neutroni
T 3 minuti: formazione dei primi nuclei
T 300.000 anni: formazione dei primi atomi
T 1 miliardo di anni: formazione delle galassie
T 15 miliardi di anni: formazione del Sole
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Energia e tempo
Per avere informazioni su ciò che è successo in un intervallo di tempo sempre più piccolo occorre impiegare energie sempre più grandi
Qual è la massima energia impiegabile in linea di principio?
L’energia stessa di tutto l’Universo
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0,0000000000000000000000000000000001 secondi
cioè 10-43 s
Il tempo di Planck
La Fisica rinuncia a investigare per ragioni di principio ciò che è antecedente a questo tempo
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Come dare risposta ad alcuni dei problemi aperti?
Con esperimenti condotti mediante
- acceleratori di particelle
- osservazione delle radiazioni esistenti in natura (raggi cosmici, neutrini, gamma,...) dalla Terra o dallo spazio
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Il Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso
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Un laboratorio realizzato in una miniera abbandonata in Giappone
![Page 55: F.Riggi, Corso presso lITIS Cannizzaro, Catania, 6 Marzo 2009 Dal Microcosmo al Macrocosmo Viaggio attraverso le potenze di 10](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/5542eb4c497959361e8b9f1c/html5/thumbnails/55.jpg)
Un apparato per la rivelazione di raggi cosmici di alta energia, in Germania
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In che modo riusciamo a vedere le cose?
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Che strumenti abbiamo bisogno per vedere gli oggetti?
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Gli acceleratori di particelle
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Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra
Un complesso di acceleratori ad energie e dimensioni crescenti per lo studio della struttura della materia
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Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra
Gestito e supportato da vari Paesi europei
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Il Laboratorio europeo CERN a Ginevra
Il tunnel dell’acceleratore SPS (ancora in funzione), con una circonferenza di 6 km
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Il futuro al CERN: l’acceleratore LHC, un anello da 27 km di
circonferenza
Entrerà in funzione nel 2009. A quella data dovranno essere pronti anche i 4 apparati di rivelazione previsti
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L’esperimento ALICE
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L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
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L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
Circa 80 Istituzioni
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L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
Circa 80 Istituzioni
25 Nazioni
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L’esperimento ALICE
Oltre 1000 ricercatori
Circa 80 Istituzioni
25 Nazioni
Hanno lavorato per oltre 10 anni (1995-2009) alla progettazione e costruzione dell’apparato e per almeno 10 anni (2009-2020) alla raccolta e all’analisi dei dati sperimentali
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La gestione dei dati
I grandi esperimenti di fisica producono una quantità impressionante di dati:
Stima per l’esperimento ALICE: dell’ordine dei Gbytes /s
(circa 1000 elenchi telefonici al secondo)
Per la sola analisi di questi dati serviranno circa 10.000 calcolatori che lavorino senza interruzione 24 h al giorno!
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Considerazioni finali
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Considerazioni finali
L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
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Considerazioni finali
L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
La categoria dell’imprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica
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Considerazioni finali
L’indagine del microcosmo è legata strettamente a quella del macrocosmo
La categoria dell’imprevisto ha sempre giocato un ruolo essenziale nella comprensione della realtà fisica
Pur nella varietà dei fenomeni, è sempre in atto un tentativo di comprensione unitaria