elettrone

nucleo

protone o neutrone(nucleone)

~ 10- 8 cm~ 10-12 cm

~ 10-13 cm

< 10-15 cm

Quante sono le scatole cinesi ?

Situazione al 1935

Costituenti

6 QUARKS ( up, down) (charm, strange) (top, bottom)

6 LEPTONI (elettrone, neutrino-e) (muone, neutrino-mu) (tau, neutrino-tau)

IL MODELLO STANDARD

Particelle Forza

Forte 8 gluoniDebole W+ W- Z0 Elettromagnetica fotone N.B. La forza di gravità non è inclusa !

Formanogli adroni

Dal 1935 in poi le cose sono cambiate… parecchio !!

Unificate

Le Forze, o interazioni, fra i costituenti vengono descritte nella fisica moderna come effetto prodotto dallo scambio di particelle di tipo forza, i bosoni vettori intermedi.

Modellino meccanico – pattinatori chesi lanciano una palla

Descrizione quantistica –Scambio di particelle virtualidel campo associato

Lo scambio di Energia-Impulso fra costituenti genera una interazione.

La sorgente è la “carica”, il mediatore è il bosone vettore intermedio

| elettrica fotone

“carica” | forte, o di colore 8 gluoni distinti

| debole W+ W- Zo

Acceleratori di particelle

Principio di funzionamento: una d.d.p. applicata fra due elettrodi accelera di moto uniformemente accelerato ioni inizialmente a riposo. L’energia conferita dipende dalla d.d.p. del campo elettrico e dalla quantità di carica elettrica della particella da accelerare.

Ecin = ΔV ∙ Q

Limitazione principale:già a pochi MV si verificano scariche premature (anche nel tubo a vuoto in cui viaggiano le particelle) che abbassano la tensione e ne rendono impossibile il funzionamento.

ΔV+ -

L’energia cinetica di una particellasi può esprimere in elettron-Volt

1 eV = 1.6 ∙ 10 -19 Joule

-+

●

+ - + -

- + - +

Cilindri cavi conduttori

~

Acceleratore lineare

Linac 2 del CERN Courtesy: CERN

Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), CA, USA.

280 Freeway

2 miles Linac

Campus

Research yard

Acceleratore lineare di elettroni, costruito frail 1962 e il 1966. Emax = 30 GeV

Ben presto arrivò unrisultato importantissimo

Due protoni vengono fatti urtare fra loro ad alta energia (accelerati da un acceleratore)

Lo studio dei prodotti della collisione ci da informazioniper capire cosa è avvenuto

Cosa avviene concettualmente in un urto tra particelle ?

Nell’urto, una parte dell’energia cinetica dei protonisi trasforma in materia

Ciclotrone

B

m v ²––– = q v B r

Equazione (scalare) di stabilità dell’orbita.

Forza centripetaForza di Lorentz

Un ottimo esempio di tecnologia avanzata, utilizzata ancora oggi nel campo della fisica nucleare e della fisica medica, trattabile classicamente. Il ciclotrone funziona come tale fino a che cisi limita a basse velocita` ( v = 0.27 c ).

La frequenza di ciclotrone non dipende da r e non dipende dalla d.d.p. fra le Dee !L’energia cinetica massima raggiungibile e`

calcolabile classicamente

Ecin = ½ m v ² = q² B² r² / 2m

Nel cuore del Sincrociclotrone (SC) del CERN

I Colliders

Cavità acceleratrice

Magneti dipolari neltunnel di 27 Km

Materia e antimateriae+ e- collidono !!

Il futuro

LHC

Large Hadron Collider

Protone-Protone a 14 TeV

Perché il Modello Standard non risponde a molte domande.

Perché LHC ?

Transverse slice through CMS detectorClick on a particle type to visualise that particle in CMS

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