Open Day 2002 Michele Pauluzzi 1

Fisica delle Particelle ElementariFisica delle Particelle Elementari Orientamento del Corso di Laurea SpecialisticaOrientamento del Corso di Laurea Specialistica Demócrito (c. 460 – 370 a. C.):Demócrito (c. 460 – 370 a. C.):

– “Siamo costituiti da un numero infinito di particelle differenti, invisibili ed indivisibili, eterne ed immutabili”

Studio dei costituenti fondamentali della materiaStudio dei costituenti fondamentali della materia– Particelle verso il sempre piu’ piccolo

Atomi Atomi Elettroni e Nucleoni Elettroni e Nucleoni Quark Quark …? …?– Forze fondamentali

Gravitazione, ElettroMagnetismo, Gravitazione, ElettroMagnetismo, Forza nucleare debole (radioattivita’), Forza nucleare debole (radioattivita’), Forza nucleare forte (interazioni dei nucleoni), …?Forza nucleare forte (interazioni dei nucleoni), …?

Fisica Fisica pura pura fondamentale fondamentale– Ricadute dirette a lungo termine? ElettroMagnetismo!– Tecnologie all’avanguardia Ricadute tecnologiche

WWW (WEB) inventato al CERN nel 1990WWW (WEB) inventato al CERN nel 1990 Il piu’ grande magneteIl piu’ grande magnete Il piu’ grande magnete superconduttore nello spazioIl piu’ grande magnete superconduttore nello spazio Applicazioni mediche delle tecnologieApplicazioni mediche delle tecnologie ……

               

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Storia delle ParticelleStoria delle Particellehttp://wwwps.lnf.infn.it/particle/http://wwwps.lnf.infn.it/particle/

500aC -1550 dC500aC -1550 dCTeoria atomicaTeoria atomica

1550-19001550-1900La meccanica classicaLa meccanica classica

1900-19641900-1964La teoria quantisticaLa teoria quantistica

1964-…..1964-…..Il sapere attuale Il sapere attuale ((Modello Standard e oltreModello Standard e oltre))

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Tem

piT

empi

LunghezzeLunghezze

Energie

Energie

Universo

Universo

Particelle

Particelle

Big Bang Gravità

Quark-Gluon Plasma Nucleare forte

Nucleare debole

Protoni e neutroni

Protoni e Nuclei leggeri

Atomi Galassie MolecoleDNA

10-43 sec 10-32 sec 10-10 sec 10-4 sec 100 sec 300KY 15GY 10-35 m 10-32 m 10-18 m 10-16 m 10-15 m 10-10 m 1019 GeV 1016 GeV 102 GeV 1 GeV 1 Mev 10 eV ??? LHC LEP Astronomia

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Esperimenti di Fisica delle Esperimenti di Fisica delle ParticelleParticelle

Infinitamente piccolo Infinitamente piccolo altissime energie e velocita’ altissime energie e velocita’

Acceleratori grandiAcceleratori grandi– CERN:

27 Km diametro 27 Km diametro percorso 10000 volte al sec.percorso 10000 volte al sec.

Collaborazioni grandiCollaborazioni grandi– Ca.2000 persone

Rivelatori grandiRivelatori grandi– Case di 4 piani– Magneti piu’ pesanti della Torre Eiffel

Dati “grandi”Dati “grandi”– 5Mld di persone che fanno 10 telefonate

contemporanee

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Acceleratori ed EsperimentiAcceleratori ed Esperimenti

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Esperimento di Esperimento di (Astro-)Particelle(Astro-)Particelle

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Un evento di fisica particellareUn evento di fisica particellare

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Dettaglio di un esperimento al CERNDettaglio di un esperimento al CERN

Open Day 2002 Michele Pauluzzi 9

Fisica delle Astro-ParticelleFisica delle Astro-Particelle Fisica delle ParticelleFisica delle Particelle: studio dell’ : studio dell’

infinitamente piccoloinfinitamente piccolo Astronomia, Cosmologia e Astro-Fisica Astronomia, Cosmologia e Astro-Fisica

Studio dell’Universo e dell’ Studio dell’Universo e dell’ infinitamente grandeinfinitamente grande

Fisica delle Astro-ParticelleFisica delle Astro-Particelle– Problemi fondamentali di cosmologia

trattati con teoria delle particelle e con rivelatori di particelle

– Problemi fondamentali di particelle studiati con il piu’ grande acceleratore dell’Universo

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Esperimenti di Esperimenti di Fisica delle Astro-ParticelleFisica delle Astro-Particelle

Condotti nello spazioCondotti nello spazio– Palloni, satelliti, shuttle, stazione spaziale…

Universo: acceleratore naturaleUniverso: acceleratore naturale– Eventi anche ad altissima energia

Eventi sempliciEventi semplici Rivelatori “semplici”Rivelatori “semplici”

– Limiti di dimensioni e peso Collaborazioni “limitate”Collaborazioni “limitate”

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Genesi di un EsperimentoGenesi di un Esperimento

Teoria e fenomenologia

Analisi datiAnalisi dati

Acquisizione datiAcquisizione dati

CostruzioneCostruzione

SimulazioneSimulazione

Ricerca Ricerca e sviluppoe sviluppo

EsperimentoEsperimento

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Fisica delle Particelle a PerugiaFisica delle Particelle a Perugia 2 sotto-orientamenti2 sotto-orientamenti

– Fisica delle Particelle (storica)– Fisica delle Astro-Particelle

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Fisica a PerugiaFisica a Perugia 2 strutture 2 strutture (come a livello nazionale)(come a livello nazionale)

– Universita’ - DipartimentoPersonale ricercatore con compiti didatticiPersonale ricercatore con compiti didattici

– INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)

Personale dedicato alla ricercaPersonale dedicato alla ricercaMaggior parte dei finanziamentiMaggior parte dei finanziamentiAssociati Associati

– Tutto il personale universitario afferente alla fisica Tutto il personale universitario afferente alla fisica delle Particelledelle Particelle

– Stretta interdipendenza/collaborazione

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INFNINFN Centro di Ricerca NazionaleCentro di Ricerca Nazionale Laboratori e SezioniLaboratori e Sezioni Personale dipendente e associatoPersonale dipendente e associato Gruppi di RicercaGruppi di Ricerca

– Gruppo I: Fisica agli Acceleratori Gruppo storicoGruppo storico Predominante fino a qualche anno faPredominante fino a qualche anno fa

– Gruppo II: Fisica passiva Spazio, Laboratori sotterranei…Spazio, Laboratori sotterranei…

– Gruppo IV: Fisica Teorica– Gruppo V: Ricerca e Sviluppo; Spin Offs

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Esperimenti in corso a PerugiaEsperimenti in corso a Perugia Gruppo I: Fisica “Attiva” Gruppo I: Fisica “Attiva”

(Acceleratori)(Acceleratori)– CMS– NA48– BABAR

Gruppo II:Fisica “Passiva”Gruppo II:Fisica “Passiva”– AMS– GLAST– VIRGO

Attivita’ di gruppo VAttivita’ di gruppo V

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CMSCMS

Obiettivi fisiciObiettivi fisici– La storia dell’universo

10-32s (I.Forte) B-Physics B-Physics violazione CP violazione CP

AntimateriaAntimateria

– Forze fondamentali GUT-SupersimmetrieGUT-Supersimmetrie

– Costituenti elementari della materia

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CMS @ Perugia: Silicon TrackerCMS @ Perugia: Silicon Tracker

Open Day 2002 Michele Pauluzzi 18

Esperimento NA48Esperimento NA48CERNCERN

Studia una simmetria della Studia una simmetria della natura, detta natura, detta CPCP, usando fasci , usando fasci di particelle, dette kaonidi particelle, dette kaoni

La simmetriaLa simmetria CP CP è legata alla è legata alla differenza differenza

MATERIAMATERIA--ANTIMATERIAANTIMATERIAche si osserva nell’universoche si osserva nell’universo

Calorimetro al Krypton liquidoCalorimetro al Krypton liquido 10 m3 (~22 t) di kripton liquido

(elemento raro)alla temperatura di 120 K

Misura posizione ed energia di fotoni ed elettroni che, attraversandolo, interagiscono con esso

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Misura di parametri della violazione di CP (differenza fra materia e Misura di parametri della violazione di CP (differenza fra materia e antimateria) antimateria) sinsin22

Misura di vite medie e rapporti di decadimento di mesoni con beauty (B) e Misura di vite medie e rapporti di decadimento di mesoni con beauty (B) e charm (D). charm (D). PERUGIA PERUGIA

Es.: a PG studio dei decadimenti: BEs.: a PG studio dei decadimenti: B0 0 D D*+ *+ D DSS*- *- , B, B0 0 D D*+ *+ D D*-*-

……………………..

Il rivelatore BaBarIl rivelatore BaBarSLAC (Stanford – CA)SLAC (Stanford – CA)

Le varie parti (tracciatore, camere a fili, calorimetro … ecc.) sono disposte in strati successivi intorno al punto d’interazione

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AMS AMS (Alpha Magnetic Spectrometer)(Alpha Magnetic Spectrometer)

10gg volo precursore nel 1998 sullo shuttle Discovery 2004-2007: stazione spaziale internazionale

SpettrometroSpettrometro: Particelle : Particelle campo campo magnetico magnetico curvatura curvatura segno carica segno carica

RicercaRicerca– Antimateria nei raggi cosmici– Materia oscura– Studio raggi cosmici…

x

xxx

x

x

+ materia - anti materia

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AMS Silicon Tracker @ PerugiaAMS Silicon Tracker @ Perugia

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http://wwwospg.pg.infn.it/glast.htm

Alla Scoperta del Cielo nei Raggi Gamma

CrabCrab

CygnusRegion

3C2793C279

GemingaGeminga

VelaVela

Cosmic RayCosmic RayInteractionsInteractions

With ISMWith ISM

LMCLMC

PKS 0528+134PKS 0528+134

PKS 0208-512PKS 0208-512PSR B1706-44PSR B1706-44

GLAST: Esempio di connessione tra Astrofisica & Fisica delle Alte Energie

Origine dei raggi Cosmici Ricerca della Materia Oscura Radiazione di Fondo CBMW Gravità quantistica Struttura a Larga Scala Universo primordiale

Emissione ad alta energia nell’Universo:–Pulsar–AGN–Gamma Ray Burst–…..

GLAST:Gamma Ray Large Area Telescope

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IL LAT- La costruzione/test in ITALIA/Perugia

Contributo di Perugia

IL Software IL Software a Perugiaa Perugia: Glast LAT Light Simulator: Glast LAT Light Simulator

Open Day 2002 Michele Pauluzzi

Un Onda Gravitazionale e’ una perturbazione dello

Spazio-Tempo. Come un onda marina si propaga nel mare e fa variare la posizione di una barca sulla superficie, cosi’ un’onda Gravitazionale si propaga nel vuoto e fa variare la distanza tra due oggetti dotati di massa.

Manca ancora oggi l’evidenza diretta della loro esistenza.

Sorgenti di grande massa buchi neri

Sistemi molto sensibili per misurare variazioni di distanza tra 2 oggetti Interferometri

Le Onde Gravitazionali portano informazioni da regioni molto lontane nello spazio e quindi molto indietro nel tempo.

1) Che cosa sono le Onde Gravitazionali1) Che cosa sono le Onde Gravitazionali

Esperimento VIRGOEsperimento VIRGOAlla ricerca di onde Alla ricerca di onde gravitazionaligravitazionali