G. PuglieseBiofisica, a.a. 09-10

Raggi cosmiciRaggi cosmici

Sono particelle e nuclei atomici di alta energia che, muovendosi quasi alla velocità della luce, colpiscono la terra da ogni direzione. Come dice il nome stesso, provengono dal Cosmo, cioè dallo spazio che ci circonda. La loro origine è sia galattica che extragalattica.

L’esistenza dei RC fu scoperta dal fisico tedesco Victor Hess agli inizi del ventesimo secolo. All’epoca gli scienziati si trovavano di fronte a un problema che non riuscivano a spiegare: sembrava che nell’ambiente ci fosse molta più radiazione di quella che poteva essere prodotta dalla radioattività naturale. 

Dal 1920 al 1950, fino all’affermazione delle macchine acceleratici di particelle, i RC furono di estrema importanza per la fisica delle alte energie in quanto costituivano una sorgente naturale di particelle, spesso sconosciute

Hanno energie che variano in un intervallo molto ampio: da circa 108 eV fino a 1020 eV. I RC di energia più bassa sono i più numerosi, ed il loro numero diminuisce all’aumentare dell’energia. Per es, il numero di raggi che arrivano sulla Terra con energia intorno a 1 GeV è di circa 1 per m2 per secondo ma diventa 1 per m2 per anno a 106 GeV e addirittura solo 1 per km2 per secolo alle energie più alte mai osservate (1020 eV). 

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Raggi cosmiciRaggi cosmici

Al di là dell'atmosfera i raggi cosmici sono costituiti principalmente da protoni; tuttavia

anche elettroni, particelle α ed altri nuclei leggeri, fotoni, neutrini ed in minima parte

antimateria (positroni ed antiprotoni) fanno parte dei raggi cosmici primari. Giunte

nell'atmosfera terrestre, tali particelle interagiscono con i nuclei delle molecole

dell'atmosfera formando così, in un processo a cascata, nuove particelle proiettate in

avanti, che prendono il nome di raggi cosmici secondari.

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Gli accelleratoriGli accelleratori

L'Acceleratore LHC, in costruzione al CERN alla frontiera franco-svizzera vicino a Ginevra sarà il più grande acceleratore di particelle dei prossimi anni. Sarà costruito nello stesso tunnel del LEP (grande collisore elettrone-positrone) del CERN.

Tra pochi mesi, i due fasci di protoni di LHC saranno accelerati in direzione opposta su 27 km di circonferenza prima di entrare in collisione. I fasci collideranno ad una energia nel centro di massa, ancora mai raggiunta, di 14 TeV. Questa energia è la stessa sviluppata ad un tempo di un milionesimo di milionesimo di secondi dopo il Big Bang!

In ogni secondo, 800 milioni di collisioni protone-protone saranno prodotte ad LHC. Ad ogni collisione migliaia di particelle saranno viste nei rivelatori.

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Materiale divulgativo sul WEBMateriale divulgativo sul WEB

Per i più interessati su LHC, alcuni video divulgativi

• LHC

• LHC

• LHC

Sito web di LHC

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Particelle elementari Particelle elementari

Lo spin (trottola in inglese) è il momento angolare intrinseco di un corpo, è associato alla rotazione del corpo attorno al proprio centro di massa. Ogni particella ha un valore s fissato che dipende solo dal tipo di particella.

In base allo spin*, le particelle si distinguono tra: Bosoni le particelle con spin intero; Fermioni quelle con spin semi-intero. Obbedisco al “principio di al principio di esclusione di Pauli: due fermioni identici non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico.

Le particelle elementare vengono inoltre aggregate in 4 gruppi:

1. Leptoni: sono suddivisi in tre famiglie: gli elettroni, i muoni ed i tauoni ; ad ognuna di queste è associato un particolare neutrino. Hanno spin ½.

2. Bosoni vettoriali fondamentali: (quanto del campo elettromagnetico), W ± , Z (quanti del campo debole). Hanno spin 1

3. Mesoni: ± .Hanno spin 0 (è composto da un quark e da un antiquark)

4. Barioni: p , n , + 0, hanno spin ½ . Numero barionico +1 (che si conserva) (composti da tre quark )

Le particelle elementare vengono inoltre aggregate in 4 gruppi:

1. Leptoni: sono suddivisi in tre famiglie: gli elettroni, i muoni ed i tauoni ; ad ognuna di queste è associato un particolare neutrino. Hanno spin ½.

2. Bosoni vettoriali fondamentali: (quanto del campo elettromagnetico), W ± , Z (quanti del campo debole). Hanno spin 1

3. Mesoni: ± .Hanno spin 0 (è composto da un quark e da un antiquark)

4. Barioni: p , n , + 0, hanno spin ½ . Numero barionico +1 (che si conserva) (composti da tre quark )

Adroni: sono soggetti all’interazione forte e sono composti da quark

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4 forze fondamentali4 forze fondamentali