nucleo
~ 10- 8 cm
Situazione al 1935
~ 10-12 cm
~ 10-13 cm
elettrone
protone o neutrone
(nucleone)
< 10-15 cm
Quante sono le scatole cinesi ?
IL MODELLO STANDARD
Dal 1935 in poi le cose sono cambiate
… parecchio !!
Costituenti
6 QUARKS
( up, down)
Formano
(charm, strange)
gli adroni
(top, bottom)
6 LEPTONI
(elettrone, neutrino-e)
(muone, neutrino-mu)
(tau, neutrino-tau)
Particelle Forza
Forte
8 gluoni
Debole
W+ W- Z0
Elettromagnetica
fotone
Unificate
N.B. La forza di gravità non è inclusa !
Le Forze, o interazioni, fra i costituenti vengono descritte nella fisica moderna come
effetto prodotto dallo scambio di particelle di tipo forza, i bosoni vettori intermedi.
Modellino meccanico – pattinatori che
si lanciano una palla
Descrizione quantistica –
Scambio di particelle virtuali
del campo associato
Lo scambio di Energia-Impulso fra costituenti genera una interazione.
La sorgente è la “carica”, il mediatore è il bosone vettore intermedio
| elettrica
“carica” | forte, o di colore
| debole
fotone
8 gluoni distinti
W+ W- Zo
Acceleratori di particelle
Principio di funzionamento:
una d.d.p. applicata fra due elettrodi accelera di moto uniformemente
accelerato ioni inizialmente a riposo. L’energia conferita dipende dalla
d.d.p. del campo elettrico e dalla quantità di carica elettrica della
particella da accelerare.
Ecin = ΔV ∙ Q
-
+
ΔV
L’energia cinetica di una particella
si può esprimere in elettron-Volt
1 eV = 1.6 ∙ 10 -19 Joule
+
-
Limitazione principale:
già a pochi MV si verificano scariche premature (anche nel tubo a
vuoto in cui viaggiano le particelle) che abbassano la tensione e
ne rendono impossibile il funzionamento.
Acceleratore lineare
-
+
-
+
+
-
+
-
●
~
Cilindri cavi conduttori
Linac 2 del CERN
Courtesy: CERN
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), CA, USA.
280 Freeway
Campus
Research yard
2 miles Linac
Acceleratore lineare di elettroni, costruito fra
il 1962 e il 1966. Emax = 30 GeV
Ben presto arrivò un
risultato importantissimo
Cosa avviene concettualmente
in un urto tra particelle ?
Due protoni vengono fatti urtare fra loro ad alta
energia (accelerati da un acceleratore)
Nell’urto, una parte dell’energia cinetica dei protoni
si trasforma in materia
Lo studio dei prodotti della collisione ci da informazioni
per capire cosa è avvenuto
Ciclotrone
B
Un ottimo esempio di tecnologia avanzata, utilizzata ancora oggi nel campo della fisica nucleare
e della fisica medica, trattabile classicamente. Il ciclotrone funziona come tale fino a che ci
si limita a basse velocita` ( v = 0.27 c ).
Equazione (scalare) di stabilità dell’orbita.
mv²
––– = q v B
r
Forza di Lorentz
Forza centripeta
L’energia cinetica massima raggiungibile e`
calcolabile classicamente
Ecin = ½ m v ² = q² B² r² / 2m
La frequenza di ciclotrone non
dipende da r e non dipende dalla
d.d.p. fra le Dee !
Nel cuore del Sincrociclotrone (SC) del CERN
I Colliders
Materia e antimateria
e+ e- collidono !!
Cavità acceleratrice
Magneti dipolari nel
tunnel di 27 Km
Il futuro
LHC
Large Hadron Collider
Protone-Protone a 14 TeV
Perché LHC ?
Perché il Modello Standard non risponde a molte domande.
Transverse slice through CMS detector
Click on a particle type to visualise that particle in CMS
Press “escape” to exit
9 domande “scottanti”
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Nuovi principi, simmetrie, leggi fisiche
Energia oscura
Dimensioni spaziali extra
Unificazione delle forze
Perché così tanti tipi di particelle diverse
Materia oscura
Cosa ci stanno dicendo i neutrini ?
Come nasce questo universo ?
Cosa è successo all’antimateria ?
LHC
?
LHC
LHC
LHC
LHC