La fisica delle Particelle

... alla scoperta dei costituenti fondamentali della natura

Visita delle scuole superiori – Lecce Marzo 3-4 2004

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 2/18

Sommario• Introduzione

» Le particelle elementari» I “misteri” del 210 secolo

• Il nuovo “microscopio” dei fisici» Introduzione» Il collisionatore LHC e l’esperimento ATLAS

» I rivelatori RPC per Atlas costruiti a Lecce

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 3/18

IntroduzioneLe particelle elementari

?

10-9m molecola d’acqua

10-10m atomo di idrogeno

10-15m protone

< 10-18m quark

10-3m goccia d’acqua

elettronefotone

gluone

Materia conosciuta

Forze conosciute:

Elettromagnetica

Nucleare forte

Nucleare debole neutra

Nucleare debole carica

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 4/18

IntroduzioneLe forze fondamentali

Elettromagnetica Nucleare forte

Nucleare debole

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 5/18

La forza di gravita’ che ruola gioca?

Alla ricerca delle supersimmetrie e delle multidimensioni

Introduzione I misteri del 210 secoloPerche’ le particelle hanno massa? Alla ricerca del bosone di Higgs.

Perche’ le particelle compaiono in tre famiglie? Alla ricerca del “sapore” delle particelle.

Le particelle note sono veramente elementari? Alla ricerca di nuove particelle sub-sub-atomiche.…

Di cosa e’ fatto l’universo? Universo = 4%materia + 73%energia oscura +23%materia oscura

Alla ricerca della materia ed energia oscura.

Mare di Higgs

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 6/18

Sommario• Introduzione

» Le particelle elementari» I “misteri” del 210 secolo

• Il nuovo “microscopio” dei fisici» Introduzione» Il collisionatore LHC e l’esperimento ATLAS

» I rivelatori RPC per Atlas costruiti a Lecce

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 7/18

Il nuovo “microscopio”Introduzione

p

Acceleratore di particelle

Rivelatore di particelle

Quark top = 10-17 m

Energia =1012V

Luce naturale

Microscopio

Occhio umano

Cellula = 10-6 m

Potere risolutivo = 1/Energia

Energia =1V

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 8/18

Sommario• Introduzione

» Le particelle elementari» I “misteri” del 210 secolo

• Il nuovo “microscopio” dei fisici» Introduzione» Il collisionatore LHC e l’esperimento ATLAS

» I rivelatori RPC per Atlas costruiti a Lecce

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 9/18

Il nuovo “microscopio”

L’acceleratore LHCParticelle subatomiche (dominavano le fasi iniziali del big-bang) create in laboratorio con gli acceleratori di particelle

LHC (2007): collide fasci di protoni accelerati a 7 milamiliardi di Volt.

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 10/18

Il nuovo “microscopio”

L’acceleratore LHCScarica elettrica: estrae elettroni e ioni da materiali isolanti

Collisione ad alta energia: materializza particelle dal “vuoto”

I materiali sono costituiti da elettroni e ioni

Il vuoto e’ costituito da particelle “virtuali”

E=mc2

In entrambi i processi un’elevata quantita’ di energia e’ liberata in un piccolo spazio

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 11/18

Il nuovo “microscopio” L’apparato sperimentale ATLAS

Web Cam

p p

B

muone

fotone

elettroneadroni

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 12/18

Il nuovo “microscopio” Collaborazione internazionale

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 13/18

Il nuovo “microscopio” - LHC e ATLAS: selezione eventi

interessanti

800 milioni di collisioni al secondo. Solo una decina con “lampi” interessanti.

E’ come cercare un ago in un pagliaio.

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 14/18

Il nuovo “microscopio” - LHC e ATLAS: Calcolatori e programmi

Migliaia di calcolatori e di sofisticati programmi analizzano in tempo reale gli eventi:

1) Eventi a bassa energia scambiata sono scartati2) Eventi ad alta energia scambiata sono salvati per successive analisi.

La sezione di Lecce e’ incaricata dei programmi di ricostruzione dei muoni

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 15/18

Sommario• Introduzione

» Le particelle elementari» I “misteri” del 210 secolo

• Il nuovo “microscopio” dei fisici» Introduzione» Il collisionatore LHC e l’esperimento ATLAS

» I rivelatori RPC per Atlas costruiti a Lecce

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 16/18

Il nuovo “microscopio” Rivelatori RPC(Piatti Piani Resistivi)

Piatti di bachelite

Graphite electrode

s

Entrata Gas

Strisce di lettura

Uscita Gas

Alta tensione

Particella ionizzante

Una particella ionizzante crea una coppia elettrone-ione nel volume di gas. L’elettrone si muove sotto l’azione del campo elettrico e crea una scarica localizzata. La scarica viene rivelata per pick-up elettrico dalle strisce di lettura.

x

y

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 17/18

Il nuovo “microscopio” Rivelatori RPC(Piatti Piani Resistivi)

La sezione di Lecce sta costruendo i circa 1000 rivelatori RPC necessari allo spettrometro di muoni dell’ esperimento ATLAS.

I rivelatori RPC, prima della spedizione al CERN di Ginevra per essere installati su ATLAS, vengono certificati utilizzando i muoni presenti nei raggi cosmici.

Uno sciame provocato da un raggio cosmico primario.

Mar 3-4 2004

Laboratorio alte energie INFN - Lecce 18/18

… per concludereDOMANDA: Cosa e’ piu’ eccitante?

OPPURE

PARTECIPARE ALL’AVVENTURA DEL MONDO DELLE PARTICELLE?

GUIDARE UNA MACCHINA SPORTIVA