Gli acceleratori di particelle · cos’è una particella elementare ... quindi applichiamo un...
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Gli acceleratori di particelle Come e perché acceleriamo le particelle Andrea Messina — Sapienza Università di Roma 23 Febbraio 2016
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Gli acceleratori di particelle
Come e perché acceleriamo le particelle
Andrea Messina — Sapienza Università di Roma
23 Febbraio 2016
le domande fondamentali
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1. quali sono i componenti della materia
2. quali sono le forze che determinano le loro interazioni
La materia ed i suoi costituenti
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atomo10-10 m
La materia ed i suoi costituenti
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elettrone3 x 10-15 m
La materia ed i suoi costituenti
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atomo10-10 m
nucleo10-15 mprotone
0.8 x 10-15 m
u u
d
d
quark< 10-17 m
La materia ed i suoi costituenti
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atomo10-10 m
elettrone3 x 10-15 m
nucleo10-15 m
protone0.8 x 10-15 m
u u
dd
quark< 10-17 m
cos’è una particella elementareUna particella che non ha, o di cui non conosciamo, la struttura, la chiamiamo elementare.
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possiede delle proprietà intrinseche che la caratterizzano:
carica elettricaspinmassavita media
le particelle elementari
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materia di cui siamo costituiti
materia e anti-materia
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materia
q=-1s=1/2
m=10-30kganti-materia
e- e+
q=+1s=1/2
m=10-30kg
Anti-materia
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15 anti-elettroni al secondo
4000 anti-elettroni al secondo
annichilazione materia anti-materia
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massa ed energia
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E=mc2E=mc2/ 1-v2/c2
energia e velocità
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equivalente alla massa del protone
equivalente alla massa di 100 protoni
temperatura e energia cinetica
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la velocità di una molecola di idrogeno a 300 oK è di
2.5 km/s << 300’000 km/s
25 oC ~ 25 meV2 centesimi di miliardesimo
della massa del protone
e nel nucleo del sole?
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T = 15’000’000 oKv = 560 km/s
energia di un milionesimo
della massa del protone
storia dell’universo
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Gli urti come strumento di indagine
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Gli urti come strumento di indagine
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si conserva l’energia e la quantità di moto
Gli urti come strumento di indagine
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si conserva l’energia e la quantità di moto
esperimento di Rutherford
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esperimento di Rutherford
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come acceleriamo le particelle?
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universo, esplosioni stellari e raggi cosmici
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innanzitutto delle particelle cariche
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poi prendiamo un tubo a “vuoto”
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quindi applichiamo un campo elettrico
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l’acceleratore in ogni casa
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E ~ KeV
per aumentare l’energia
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Cockcroft-Walton
E ~ MeV
aumentiamo l’energia: linac
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E ~ 100 MeV
riduciamo gli sprechi: acceleratori circolari
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la forza di Lorentz
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R = v mq B
il ciclotrone
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E ~ 80 KeV
i magneti
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B ~ corrente elettrica
dipolo
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B~ i
la legge di Joule
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P[J]
i [A]
P=Ri2
i magneti superconduttori
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Tc prossima allo zero assoluto!
dipolo superconduttore
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gli acceleratori moderni
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LHC
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p p13 TeV
l’energia più elevata mai raggiunta
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13 TeV13’000’000’000’000 eV = 0.000002 Joule
l’energia del fascio di protoni di LHC
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362 MJ
magneti
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8.3 Tesla
l’anello
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27 Km1232 dipoli
12000 A
il posto più freddo dell’universo
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1.9 oK
Collisioni
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40 milioni di incroci al secondo25 collisioni ad incrocio
Collisioni
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25 interazioni pp(ogni incrocio)
1 bosone di Higgs (ogni miliardo di incroci)
la sala di controllo
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LHC page 1
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filmino su LHC
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