L’attualità di Fermi nella Fisica Contemporanea
G. Battistoni
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
e Dip. di Fisica dell’Università di Milano
Il “Fermi” come unità di misura di lunghezza
Il concetto di “Fermione”
La “statistica quantica” delle particelle: il gas di
“fermioni”
Il modello di Fermi per le “interazioni deboli”: la
fisica del neutrino
La “costante di Fermi” e l’evoluzione dell’universo
Il modello di Fermi per l’accelerazione dei raggi
cosmici
Il nome di Fermi non e’ importante solo per noi italiani.
Chiunque studi fisica oggi, ovunque nel mondo, incontra il nome di Fermi e in
lui rimane impresso indelebilmente, perche’ il suo lavoro ha determinato parte
dello stato attuale della nostra conoscenza del mondo.
Tanto di quello che e’ legato al suo nome e’ tuttora presente nel linguaggio
della fisica moderna e vi rimmarra’ forse per sempre.
Molto di lui rimane anche nel modo di “fare fisica” oggi (e di insegnarla).
Le unita’ di misura
metro, Km, anno-luce?
secondi, anni?
grammi, Kg?
Scelte determinate dalla nostra storia, dall’ambiente
dalla fisiologia umana!
Un altra intelligenza, lontana da noi, ci capirebbe?
L’uniformita’ di base dell’universo ci puo’ fornire
un sistema “naturale” di unita’ di misura
valido per tutti
Gli unici oggetti che appaiono uguali ovunque nell’universo
sono gli atomi e i loro costituenti subatomici
Elettroni: determinano le proprieta’ chimiche
Nucleo:
composto da “nucleoni”
(protone o neutrone)
determina la massa atomica
Modellino di atomo
di Elio
I nucleoni sono
composti da “quarks”
Ma il piu’ semplice e il piu’ abbondante atomo
nell’universo e’ l’atomo d’idrogeno:
1 nucleone (protone) + 1 elettrone
Una unita’ universale per la massa e’ quella del nucleone
(~intero atomo d’idrogeno)
Una unita’ universale per la lunghezza e’
la dimensione (~raggio) di un nucleone
Le potenze di 10
1015
1012
109
106
103
100
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
Eta
Tera
Giga
Mega
Kilo
.
milli
micro
nano
pico
femto
(E)
(T)
(G)
(M)
(K)
(m)
(m)
(n)
(p)
(f)
la dimensione lineare di una particella subatomica come
il nucleone e’ ~ 10-15 m = 1 fm
e i fisici l’hanno chiamata il “Fermi” in suo onore
Le unità di misura nella fisica atomica e nucleare
A livello atomico e nucleare lavoriamo con la
Meccanica Quantistica e la Relativita’
Dimensioni piccole, altissime velocita’ (prossime a c)
Le unita’ di misura in uso nel mondo macroscopico
(per esempio quelle del Sistema Internazionale: m, s, ecc.)
diventano scomode:
h  1.054 10-34 J s  6.582 10-22 MeV s
c  299 792 458 m/s
[h] = [M] [L]2 [T]-1
[c] = [L] [T]-1
mp (massa del protone)  1.672 10-27 kg
( 938.272 MeV/c2 utilizzando l’equivalenza
massa-energia della relativita’ speciale)
Noi preferiamo usare quelle che chiamiamo “Unita’ Naturali”
in questo sistema:
c = h = 1 (e quindi adimensionali)
Implicazioni:
1) [L] = [T]
lunghezza e tempo hanno la stessa dimensione
(come suggerito dalla relativita di Einstein)
E2 = p2 c2 + m2 c4 diventa: E2 = p2 + m2

Energia, quantita’ di moto e massa hanno la stessa dimensione e le
misuriamo tutte in eV (o MeV o GeV)
2)
[M] = [L]-1 = [T]-1
lunghezza e energia sono una l’inverso dell’altra: 1 fm ~ 1/ 200 MeV-1
Esempio: ad una particella di massa M e’ associata
un’onda con lunghezza d’onda l = h/Mc (“lunghezza d’onda Compton”)
in unita’ naturali: lprotone = 1/Mp = = 1/938 MeV-1 = 0.21 fm
Il concetto di “Fermione”
Le particelle subatomiche (elettroni, nucleoni, ecc.) si comportano
come se ruotassero su se stesse attorno ad un asse. Nel nostro
linguaggio diciamo che sono dotate di “spin” (in inglese spin =
trottola)
Hanno quindi un momento della quantita’ di moto intrinseco S
(distinto dal momento angolare “orbitale”: L = P  r ).
P = m v
Il modulo di questo “spin” non puo’ assumere qualsiasi
valore, ma e’ “quantizzato”. Puo’ avere solo valori
multipli interi (0, 1, 2, ...) o semi-interi
(1/2, 3/2, ...) di h = 1,055 x 10-34 J s.
elettroni e nucleoni sono della seconda classe
| s | = ½ h
Possono esistere solo 2 orientazioni dello spin
Spin “up”
Spin “down”
Gia’ negli anni ’20, quando era in definizione la “nuova
meccanica” (la “Meccanica Quantistica”) per descrivere le
proprieta’ atomiche, allo scopo di spiegare la struttura dei
livelli atomici,
Wolfgang Pauli
arrivo’ a formulare il seguente principio
(Principio di esclusione di Pauli)
non possono esistere nello stesso posto, nello stesso
tempo, due elettroni nello stesso stato (identica
energia, identico momento angolare, etc.).
Fermi contribui’ in modo determinante a comprendere che a
questo principio obbedivano non solo gli elettroni, ma tutte
e sole le particelle con spin semi-intero
Da allora chiamiamo “Fermioni” questa classe di particelle
(o particelle di Fermi-Dirac*)
Fermi elaboro’ la formulazione matematica dei principi che
descrivono la distribuzione delle particelle con spin
semintero fra tutti gli stati possibili di un sistema a molte
particelle: “Statistica di Fermi-Dirac”
*) Dirac introdusse l’equazione che descrive il moto degli elettroni
(e di tutte le particelle con s = ½ h) in una teoria quantisticarelativistica
particelle come i fotoni sono invece della prima classe
(| s | = n h, n = 1)
Le particelle con spin intero non obbediscono al
Principio di Esclusione
La loro ripartizione fra gli stati possibili di un
sistema a molte particelle e’ descritto
quantisticamente dalla
“Statistica di Bose-Einstein”
Queste particelle vengono chiamate “Bosoni”:
un qualsivoglia numero di Bosoni puo’ coesistere al
medesimo tempo e luogo nell’identico stato
Uno sguardo alla “statistica delle particelle”
ed in particolare alla “statistica di Fermi”
Come si fa a trattare quantitativamente un sistema
composto da un grande numero di particelle
(da un punto di vista microscopico),
per es. un gas (NA = 6.02 1023)?
Impossibile trattare un numero enorme di equazioni,
ma si puo’ trovare il modo di lavorare in termini
di “distribuzioni statistiche”:
Quale e’ la probabilita’ f(E) che una particella
(o un atomo, una molecola)
abbia una energia comprese fra E e E+dE?
 “MECCANICA STATISTICA”
In fisica classica:
problema risolto da Maxwell e Boltzmann
Finalmente capito cosa
e’ la Temperatura!
T proporzionale a <E>
che dipende
dal grado di occupazione dei
“livelli energetici” del sistema
Perche’ nella fisica quantistica (fisica atomica)
questa statistica non va piu’ bene???
In fisica classica ogni particella e’ distinguibile dall’altra,
anche se sono dello stesso tipo
In fisica quantistica questo non e’ piu’ vero!
In un sistema con 2 elettroni, non posso distinguere uno dall’altro!
Cio’ ha conseguenze anche matematiche:
Distinguibilita’
Indistinguibilita’
1
f(E) =
e
E/kT
Statistica classica
Indistinguibilita’ +
Principio di esclusione
1
f(E) =
(E-m)/kT
e
1
f(E) =
-1
Bose-Einstein
(E-eF)/kT
e
+1
Fermi-Dirac
Costante di Boltzman (k=8.617 10-5 eV/K)
Temperatura
assoluta
1
f(E) =
(E-eF)/kT
e
+1
L’ “energia di Fermi”
(dipende dalla densita’
di fermioni nel sistema)
Dove si applicano questi principi?
A) “Gas” di bosoni: Statistica di Bose Einstein
1) Gas di fotoni: Il Laser !!!!
2) sistemi di “fermioni accoppiati” che diventano
quindi bosoni: i superconduttori, i superfluidi
B) “Gas” di fermioni: Statistica di Fermi-Dirac
1)

Fisica dello stato solido:
gli elettroni in un solido conduttore
permette il calcolo delle proprieta’ elettriche e termiche: con questa
teoria fu aperta la strada per la comprensione dei semi-conduttori
 nascita del transistor e dell’elettronica moderna
Bardeen
Brattain
Schockley
(1956)
2) Astrofisica:
 gli elettroni nelle stelle “nane bianche”
storicamente la prima applicazione importante della statistica di Fermi
(Fowler)
 i nucleoni nelle stelle di neutroni
L'universo che conosciamo e amiamo esiste perché le
particelle fondamentali interagiscono: decadono, si
annichilano, reagiscono a forze legate alla presenza di
altre particelle.
Ci sono quattro interazioni (“forze fondamentali”) tra
le particelle (dalla piu’ debole alla piu’ forte):
Gravita’
Nucleare debole
Elettromagnetica
Nucleare forte
Tutti i fenomeni dell’universo sono riconducibili
all’azione di una di queste forze (o interazioni)
Nucleare forte: responsabile del legame
fra nucleoni nel nucleo: e’ cio’ che sfruttiamo
come fonte energetica
Nucleare debole: è responsabile di una parte
dell’instabilita’ dei nuclei atomici:
fenomeno del decadimento nucleare
Una particella che decade sparisce, e al suo posto
appaiono due o più particelle.
La somma delle masse delle particelle prodotte
è sempre inferiore alla
massa della particella di partenza
M = m1 + m2 + ... + mn + Energia
Fermi ha contribuito in modo determinante a capire
l’interazione nucleare debole
Il primo fenomeno che fu considerato riconducibile
ad una nuova interazione e’ stato
il decadimento b del neutrone
n
p e- n e
(t ~ ¼ d’ora per il neutrone libero)
esso e’ all’origine dell’instabilita’ di alcuni nuclei atomici
contribuisce alla radioattivita’ naturale.
L’esistenza del neutrino fu ipotizzata proprio per
spiegare il comportamento degli elettroni (raggi b)
emessi dai nuclei instabili (W. Pauli)
E’ stato Fermi a dare una teoria convincente
quantitativa del decadimento b
x n
Interazione
“di contatto”
fra “correnti”
p
ne
e
Mutuando concetti
presi dalla teoria
delle interazioni
elettro-magnetiche
t
Il moto di una “carica” nello spazio-tempo e’ una “corrente”
L’intensita’ della forza e’ proporzionale ad una quantita’:
Costante di Fermi: Gf = 1.166 10-5 GeV-2 (hc)3
(“G” preso ad imitazione della costante di Newton)
Una sorta di “carica debole” in analogia alla carica elettrica
Tale teoria permise di calcolare la forma
dello spettro dell’energia dell’elettrone emesso
Valore dell’energia
che avrebbe l’elettrone
se non ci fosse il n...
tasso di decadimento: G  Gf2 DE5
DE = mn – mp – me (rilascio di energia)
Con la stessa teoria fu possibile spiegare
quantitativamente altri decadimenti, per esempio
quello di un altro fermione: il “leptone” m
(una sorta di elettrone “pesante” osservato nella radiazione cosmica)
m-
e- n e n m
1/tm = Gf2 mm5/(192 p3)
In seguito servi’ anche a calcolare la probabilita’ che
un neutrino interagisca con la materia
(solo negli anni 60 si ebbero le prime conferme sperimentali)
nm n
ne n
p mp e-
Prob.  Gf2 En
Si parlava allora di Interazione Universale di Fermi
Da allora siamo andati molto avanti, ma
la struttura dell’interazione debole ha ancora lo stesso impianto.
La nostra attuale comprensione dell’universo e’
riassunta da quello che chiamiamo:
esso descrive sia la materia che tutte le forze
dell'universo. La sua bellezza sta nella capacità di
spiegare centinaia di particelle e interazioni complesse
con poche particelle e interazioni fondamentali.
In tale modello:
1) la materia stabile e’ composta di Fermioni
2) le forze fra le particelle si originano dallo scambio di
Bosoni (forze = “interazioni”)
Bosoni (particelle mediatrici di forza):
ogni interazione fondamentale agisce "mediante" una
particella mediatrice di forza: un esempio è il fotone
che media l’interazione elettro-magnetica
Fermioni (particelle materiali): nel Modello Standard ne
esistono due gruppi:
1) i quarks: compongono per esempio i nucleoni
2) i leptoni: un esempio è l'elettrone.
Esistono anche delle particelle materiali bosoniche che si
ottengono componendo un numero pari di fermioni. Ad
esempio i “mesoni” formati da 2 quarks
I Nuclei atomici possono comportarsi come fermioni o
bosoni a seconda del numero di nucleoni di cui sono
composti
Ci sono 6 tipi (“sapori”) di quark, ma i fisici di solito
li
raggruppano
in
tre
coppie:
Up/Down,
Charm/Strange, e Top/Bottom. Per ciascuno di
questi quark esiste il corrispondente quark di
antimateria (antiquark).
La carica elettrica si
intende misurata
rispetto alla carica
unitaria del protone!!
qp = 1.6 10-19 C
I quark hanno l'insolita caratteristica di avere carica elettrica
frazionaria, di 2/3 o -1/3, diversamente dagli elettroni, che hanno
carica -1, e dai protoni, che hanno carica +1. I quark sono dotati
anche di un altro tipo di carica, chiamata carica di colore.
Ci sono anche 6 leptoni, dei quali 3 hanno carica elettrica e 3 no.
Il leptone carico più conosciuto è l'elettrone (e). Gli altri due
leptoni carichi sono il muone (µ) e il tau (t), che sono
fondamentalmente elettroni con molta più massa.
3 famiglie
come i quarks!!
Solo dal 1998
ne abbiamo una prova
sperimentale convincente
Gli altri tre leptoni sono gli elusivi neutrini
Non hanno carica elettrica, e hanno massa piccolissima.
C'è un tipo di neutrino che corrisponde a ogni tipo di
leptone con carica elettrica.
Per ciascuno dei sei leptoni c'è un leptone di antimateria
(antileptone) con massa uguale e carica opposta.
Descrizione Moderna di cio’ che chiamiamo
“Interazioni” o “Forze”
Meccanica Quantistica + Relatività =
Teoria Quantistica dei Campi
I “diagrammi di Feynman”
Un
esempio
di
base:
l’interazione
elettromagnetica fra un elettrone ed un
protone
R.P. Feynman
(1948)
x
e(p)
x1, t1

p(k)
x2 , t 2
e(p’)
Un fotone viene “scambiato”
fra la 2 particelle:
p(k’)
esso media l’interazione
t
Ecco tutte le interazioni in breve....
(M=0 , S = 2)
(M~90 GeV/c2 , S = 1)
(M=0 , S = 1)
(M=0 , S = 1)
L’ aspetto entusiasmante della moderna visione
e’ che camminiamo nella direzione di una descrizione
unificata delle forze
Siamo gia’ in grado di parlare di
forza elettro-debole invece che di
debole ed elettro-magnetica separatamente!!!
Arriveremo mai alla “Grande Unificazione”??
esempio: l’ annichilazione materia-antimateria:
elettrone
+ positrone
m+ mEsperimento
ALEPH
x
e-(p)
x 1, t 1
x 2, t 2
m-(k’)
m+(k)
e+(p’)
Un fotone 
oppure
il bosone Z
t
Le due interazioni lavorano insieme:
anzi, nell’universo primordiale (t < 10-10 s)
subito dopo il “Big Bang” erano una sola cosa
Dimostrato negli anni ’80 negli esperimenti al CERN
con l’acceleratore LEP
Il decadimento b del neutrone secondo l’interazione
elletro-debole come la conosciamo oggi
u
u
d
d
u
d
neutrone
W-
n
protone
p e ne
ne
Ridefinizione
della costante di Fermi
Gf = 2 g2/(8 Mw2)
in termini
di una nuova
e
costante “g”
ma questo e’
inessenziale
1) Un neutrone (carica = 0). E' fatto da un quark up, e due down.
2) Uno dei quark down si trasforma in un quark up. Dato che il
down ha carica -1/3 e l'up 2/3, per conservare la carica bisogna
che il processo sia mediato da una particella W- , che porti via
una carica di -1.
3) Il neutrone così è diventato un protone. La W- emessa si
allontana.
4) Un elettrone e un antineutrino prendono
vita dal bosone virtuale W-
5) Il protone, l'elettrone e l'antineutrino
si allontanano l'uno dall'altro.
Per energie E << Mw c2
l’effetto del W e’ trascurabile
uuu
ud
d
d
d
ddd
d
Wppp W
uu
u
u
dd
d
d
uuu
u
p
ee
ne
e
nen
e
e
ne
torna ad essere il diagramma di
Fermi
La teoria di Fermi
in prima approssimazione
da’ ancora risultati accettabili
ne
e
Alcuni degli autori principali dell’unificazione
e del modello standard
1986
Teoria
elettro-debole
(anni ’70)
S. Glashow
S. Weinberg
A. Salam
1999
Impianto
per la
Teoria Unificata
G.t’Hofft
M.Veltman
1983
C. Rubbia
Scoperta del W e Z
Esp. UA1
al CERN
sul collider
SPS
Ci sono 6 tipi di quark e 6 tipi di leptoni.
Ma tutta la materia stabile dell'universo è composta
dai 2 tipi meno massivi di quark (up e down) e dal
leptone carico meno massivo (elettrone)
Tutta colpa dell'interazione (elettro)-debole!!!
la materia stabile che ci circonda contiene solo
elettroni e i quark più leggeri (up e down).
l’interazione debole ed il valore di Gf
partecipano in modo essenziale
anche ai processi che governano la fisica delle stelle
e del Sole in particolare contribuendo a determinarne
l’evoluzione, il rilascio di energia, le dimensioni...
Inoltre l’interazione debole ed il valore di Gf
hanno avuto un ruolo
fondamentale nei primi minuti di vita dell’universo
per determinarne il suo sviluppo,
l’abbondanza “primordiale” di elio e idrogeno
e quindi la formazione delle galassie e
di tutto l’aspetto del nostro universo attuale
Vita e morte di una stella
Hydrogen Burning
Dal Sole riceviamo ~60 miliardi di ne/(s·cm2)
Se Gf avesse un valore diverso che succederebbe??
e quando il combustibile nucleare finisce...
Per stelle di
~1 massa solare
1.392
Una “Gigante Rossa”
109 m
Ora: 4.5 Gy
>3.5 109 m
Rimane una “nana bianca”
Gas (“degenere”) di Fermi di delettroni:
10.3 Gy
la gravita’ non riesce aa comprimerli
Stella
progenitrice
Per masse piu’ grandi...:
Esplosione di una SuperNova
Collasso del “core”
Interazione tra onda d’urto
e collasso dell’inviluppo
Vengono emessi n
Espulsione esplosiva
dell’inviluppo
Luce
I resti in espansione
emettono raggi X, onde radio
luce variabile
La luminosita’ e’ aumentata
di ~108 volte
Rimane una densa
stella di neutroni
Nella materia altamente compressa abbiamo
il decadimento b inverso: la neutronizzazione
p + e
n + n
Rimane un nucleo stellare molto compatto di
neutroni in rapidissima rotazione
Un gas “degenere” di fermioni a tutti gli effetti...
Le stelle di neutroni
che conosciamo anche con il nome di Pulsar
Le “vediamo” attraverso
gli impulsi radio
e raggi X
I “Resti” delle SuperNovae
Sono le SuperNovae a spandere nell’Universo
i nuclei pesanti (che si formano solo dentro le stelle)
necessari per la vita che conosciamo
I raggi cosmici
La nostra Galassia, e presumibilmente tutto l’universo, e’
attraversata da un flusso di particelle ionizzanti
distribuite (protoni e nuclei da He fino a Fe e poco oltre)
su un intervallo di energia incredibilmente esteso e
provenienti apparentemente da tutte le direzioni:
i Raggi Cosmici
La loro esistenza e’ nota dagli inizi del 1900
Tuttavia ancora oggi non sappiamo ancora con certezza
da chi o cosa sono originati, come fanno a raggiungere le
grandissime energie con cui arrivano fino a noi, che
percorso fanno e la loro composizione...
Lo “spettro energetico” dei raggi cosmici
Incredibile regolarita’ su
oltre
10
ordini
di
grandezza dell’energia!!!
F(E) dE ~ E- dE
(legge di potenza)
 ~ 2.7 fino a E~ 1015 eV
Quale meccanismo puo’
generare un fenomeno del
genere?
Fermi ebbe un’idea...
(Chicago, 1949)
Lo “sciame” atmosferico dei raggi cosmici sulla terra...
Il modello di accelerazione di Fermi
per i raggi cosmici
Plasma magnetizzato
Produce proprio
una legge
E- !!!
Una situazione di efficiente
accelerazione di Fermi delle particelle
si ottiene proprio nelle onde d’urto delle SuperNovae
Ma solo fino a 1014-1015 eV: e dopo????
La costante di Fermi e l’evoluzione dell’Universo
n + e+
n + n
n
p + n
la formazione dell’idrogeno
e dell’Elio primordiali
e’ regolata dalla competizione
fra velocita’ di
espansione dell’universo
p + ee- p + n (determinata anche dal numero di n)
e dal tasso di
p + n
D + 
decadimento del neutrone
(quando t  3 minuti)
Se Gf avesse un valore diverso
avremmo un universo
diverso con stelle diverse
kT ~ 106 eV
probabilmente un universo
non vivibile....
Ora: kT ~ 2.5 10-4 eV
Analoghe domande si possono fare
per l’intensita’ delle altre forze
Chi ha stabilito le relazioni fra queste costanti della Natura?
E’ solo un fatto accidentale?
Dibattito filosofico-scientifico:
“Il Principio Antropico”
Esiste un principio che ha determinato il valore
delle costanti naturali perche’ ci fosse la vita?
Oppure esistono tanti (infiniti?) universi
e noi siamo in quello (o uno di quelli)
che ha i valori favorevoli?
Da Universo a Multiverso
Oltre il Modello Standard...
Ci sono ancora molte cose che “non tornano” o che non sono
comprese in modo soddisfacente.
Tra le nuove proposte una delle idee piu’ promettenti
e’ quella della unificazione di tutte le forze
nel quadro della “SuperSimmetria”
Ad ogni Fermione corrisponde un Bosone “ombra”
(e viceversa) molto pesante...
ad ogni quark corrisponde uno s-quark
(s sta per “shadow”)
ad ogni leptone corrisponde uno s-leptone
Ad ogni bosone mediatore ...one
corrisponde un fermione ...ino
Es.: fotone  fotino
Ma se e’ vero
dove stanno queste particelle ombra????
Noi diciamo che la SuperSimmetria
e’ una simmetria “rotta”, ma che
era valida quando l’energia media dell’universo
era molto alta (kT ~< 100 GeV )
(prime frazioni di secondo)
Sappiamo ricreare queste condizioni
nelle collisioni fra particelle
Il Laboratorio dell'Acceleratore
Nazionale Fermi è un laboratorio
di fisica delle alte energie,
Esperimento CDF
situato a 30 miglia ad ovest di
Chicago, U.S.A..
Qui si trova l'acceleratore di
particelle oggi più potente al
mondo, il Tevatron, che è stato
usato per scoprire
il quark top.
Al Fermilab si stanno cercando i
corrispondenti "ombra" di quark e
gluoni.
Ci aspettiamo risposte piu’ promettenti dai futuri
esperimenti al CERN (Ginevra) dopo il 2006 con
l’acceleratore LHC: collisioni p-p ad energie mai
raggiunte prima...
Scopi principali:
Ricerca di particelle supersimmetriche
“Bosone di Higgs” (origine della massa della materia)
Esistenza di extra-dimensioni
Una nuova rivoluzione della Fisica:
la maggior parte dell'universo non è fatta dello stesso tipo
di materia di cui sono fatte le stelle. Dall'analisi degli
effetti gravitazionali, si puo’ stabilire che esiste anche un
tipo di materia che noi non possiamo vedere:
la "materia oscura"
Materia oscura
Materia non oscura
Ci sono molte prove che in buona parte non
neutroni ed elettroni, come siamo noi.
Una delle particelle della supersimmetria, il
essere quella che compone la massa mancante
fatta di neutrini, o magari di altre forme
insolite.
sia fatta di protoni,
"neutralino" potrebbe
dell’universo. Forse è
materiali ancora più
La fisica del neutrino sta aprendo nuove strade
per il superamento del Modello Standard
e per una migliore comprensione dell’Universo
4 direzioni di indagine:
neutrini di bassa energia dal sole
neutrini negli sciami atmosferici
neutrini artificialmente prodotti
neutrini di altissima energia prodotti da
sorgenti astrofisiche
Esperimento Super Kamiokande in Giappone
La prima dimostrazione sperimentale
i neutrini
hanno massa (1998)
Evento che
da neutrino
SOLARE
Scomparsa dei nm atmosferici
(nm nt?)
Scomparsa dei ne solari
(ne nm?)
Fenomeno ipotizzato da B.Pontecorvo
negli anni ’50!!
Interazioni dei neutrini dei raggi
cosmici: ~ 200 / kton anno
IL progetto di fascio di neutrini da Ginevra
al Gran Sasso
732 km
nm
Scopo:
Rivelazione definitiva e
convincente della trasformazione
in volo nm nt
Il progetto ICARUS per il Gran Sasso:
detector ad Argon liquido per neutrini
Progetto:
3000 ton di Argon Liquido
Si festeggia la prima traccia di m cosmico
in ICARUS... (Giugno 2001)
Una interazione di neutrino in Argon
46 cm max. drift distance
nm + n  m - + p
CERN n-beam
ICARUS-CERN-Milano
un apparato del genere sarebbe stato il sogno
di Fermi...
Neutrino di Dirac o di Majorana?
Ora che si hanno le prime prove
che il neutrino ha m0, torna
d’attualita’ dopo 70 anni un lavoro
di
Ettore
Majorana
(grande
teorico del gruppo romano di
Fermi):
Una descrizione matematica
alternativa dei fermioni
elettricamente neutri:
particella e antiparticella
coincidono
Il neutrino di Majorana appare in maniera
naturale nei modelli
di Grande Unificazione!!
Conclusioni
•Il lavoro di Fermi non e’ solo gloria del passato
e ha valore sovranazionale
come lo e’ il lavoro di tutti coloro che operano
nella ricerca fondamentale (non applicata)
•Il suo apporto va ben oltre la fissione nucleare,
la pila atomica e il progetto Manhattan
•Alcune sue intuizioni trovano conferma nei
risultati attuali della Fisica Fondamentale
•Alcune sue domande sono ancora senza risposta
•La Fisica e’ tra le discipline che spiccano
nel quadro della situazione della ricerca italiana
grazie anche alla “scuola” che Fermi ha fondato