A.A. 2012-13
La Fisica per
le Scienze Geologiche
e le Scienze Naturali
Giovanna Puddu
Università di Cagliari e
INFN Sezione di Cagliari
Esercitazioni :
???
Una notizia scientifica del 2011:
La misura della velocità dei neutrini
CERN press release (23 settembre 2011)
(Rolf Heuer-Direttore del CERN):
“OPERA experiment reports anomaly in flight
time neutrinos from CERN to Gran Sasso”
“…These measurement appear to show that the neutrinos are travelling
faster then light. When a collaboration make a surprising observation
such as this and is unable to account for it, the ethics of Science demand
that the results be made available to a wider community, to seek scrutiny
and to encourage independent experiments…”
La velocità della luce (nel vuoto)
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
In fisica, la velocità della luce nel vuoto è una costante fisica.
Essa è pari alla velocità di propagazione di un’ onda elettromagnetica, essendo la luce
stessa un’ onda elettromagnetica. Indicata tradizionalmente con la lettera c , dal latino
celeritas, "velocità", ha un valore pari a 299 792,458 km/s nel vuoto, che tipicamente è
approssimato a 300 000 km/s.
Si tratta di una grandezza fissa, e indipendente dal sistema di riferimento, dall'osservatore
o dalla velocità dell'oggetto che emette la radiazione.
Secondo la relatività speciale, c è la velocità massima a cui può viaggiare tutta
l'energia, materia e informazione nell'universo.
c è la velocità di tutte le particelle senza massa e dei relativi campi, tra cui la radiazione
elettromagnetica stessa, nel vuoto, ed è prevista dalla teoria corrente della velocità di
gravità, cioè, delle onde gravitazionali. Tali particelle e onde viaggiano a c a prescindere
dal moto della sorgente o del sistema inerziale di riferimento dell'osservatore. Nella teoria
della relatività, c interrelaziona le grandezze fisiche classiche spazio e tempo introducendo
definitivamente il concetto di spaziotempo, e appare nella famosa equazione di
equivalenza massa-energia.
Dal 21 ottobre 1983 si è scelto questo valore come esatto per tarare altre costanti, tra cui il
metro.
La velocità dei neutrini (misura 2011)
Da Wikipedia
Allo stato attuale non sono stati progettati grandi esperimenti di fisica delle particelle,
volti specificamente a testare la superabilità di c .
Nel settembre 2011 un gruppo di scienziati dei Laboratori Nazionali del
Gran Sasso (esperimento OPERA) ha pubblicato i risultati delle loro
osservazioni, collaterali, nell'ambito di ricerche volte a definire e verificare
l'oscillazione dei neutrini, un fenomeno che farebbe mutare le particelle da un gruppo
ad un'altro tra i muonici, gli elettronici e i tauonici, suggerendo che queste particelle
posseggano una massa, così come già teorizzato da Pontecorvo nel 1969.
In queste osservazioni, sembra che fasci di neutrini muonici, lanciati
dal CERN di Ginevra verso il Gran Sasso, abbiano viaggiato a velocità
significativamente superiore a quella della luce, tenendo conto delle
incertezze di misura del metodo, e approssimativamente più veloci di
1/40 000 ns, poco nel campo dell'esperienza quotidiana, ma statisticamente
significativo nell'ambito dell'esperimento[2].
[2]This anomaly corresponds to a relative difference of the muon neutrino
velocity with respect to the speed of light
(v-c)/c = (2.48 \pm 0.28 (stat.) \pm 0.30 (sys.)) \times 10-5

(v-c)/c = (2.48 +- 0.28 (stat.) +-0.30 (sys.)) * 10-5
La velocità dei neutrini
( possibili conseguenze)
Da Wikipedia
Tuttavia questi risultati dovranno essere, come è usuale, confermati da verifiche
indipendenti, necessarie per escludere eventuali errori di tipo sperimentale.[3][4]. Se
questi risultati venissero confermati non metterebbero completamente in discussione
la teoria della relatività, ma semplicemente suggerirebbero che la teoria è
parzialmente incompleta, sottoinsieme di un'altra che la include come prima è già
avvenuto per le leggi di Newton nella fisica classica, che bisogna utilizzare teorie
esistenti ma non consolidate/verificate sperimentalmente, come ad esempio la teoria
delle stringhe, che ci sono fenomeni fisici ancora sconosciuti, o tutt'un'altra serie di
possibilità teoriche per adesso non verificate.
La comunicazione, per altro eccezionale, non è un fatto completamente isolato, e si
ragiona da tempo sulla revisione definita come generalizzazione della relatività
ristretta, ma la verifica è altro.
[4]. http://arxiv.org/abs/1109.4897
Measurement of the neutrino velocity with the OPERA
detector in the CNGS beam
[5]. Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam
Il fascio dei
neutrini
dal CERN al
Gran Sasso
La traiettoria del fascio dei neutrini
dal CERN al Gran Sasso
Produzione del fascio dei neutrini al CERN
Calcoli
Per un anticipo di tempo del neutrino di
60 ns su un percorso di 730534.61 m il
neutrino è più veloce del fotone (C=299
792.458 km/s ) di 7.6478 km/s con un
(v-c)/c=2.48 10-5 (2.48*10exp-5) che è
circa 25 parti su un milione.
25 parti su un milione = 1/40000 =
0.000025 = 2.5 10-5
Calcoli
Distanza CERN-GS: l=730534.61 m
Velocità della luce (nel vuoto) c=299 792.458 km/s
Tempo che impiegherebbe la luce t = l/c
Tempo impiegato dai neutrini t’=t-60ns (i neutrini
arrivano prima)
Velocità dei neutrini v=l/t’
Differenza di velocità v-c
Calcolo della differenza relativa di velocità: (v-c)/c
(v-c)/c=2.48 10-5 (2.48*10exp-5)
La smentita ! Febbraio 2012
Riflessioni di Carlo Rovelli
La Repubblica 11 aprile 2012!
Riflessioni sulla Scienza
C. Rovelli: La Repubblica 11 aprile 2012!
2012: Il bosone di Higgs
Andrea Mameli – Unione Sarda 4 luglio 2012
FISICA. Stamattina al Cern di Ginevra attesissima conferenza di presentazione
Catturata la “particella di Dio”?
Il bosone di Higgs spiega l'architettura di base della natura
Corrado Cicalo
Primo Ricercatore Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Sezione di Cagliari
Il Portico 15 luglio 2012
We have it”, l’abbiamo scoperto!
Con queste parole il direttore del CERN (Centro Europeo di Ricerche Nucleari) di
Ginevra, Rolf Heuer conclude i due seminari che la mattina
del 4 luglio annunciano la scoperta di una nuova particella, le cui caratteristiche
sono compatibili con l’elusivo bosone di Higgs.
2012: Il bosone di Higgs
Gian Francesco Giudice La Repubblica 5 luglio 2014
2012: Il bosone di Higgs
Il tunnel di LHC
La Scienza come spettacolo
“Lo show dell’Universo”
Un migliaio di persone ha gremito sabato 22 settembre la sala Newton di
Città della Scienza a Napoli durante l’iniziativa di divulgazione scientifica
“Lo show dell’Universo” promossa dall’INFN, nazionale e sezione di Napoli,
assieme a Città della Scienza, Il Mattino di Napoli e Le Nuvole. L’iniziativa
ha visto la doppia narrazione, scientifica e poetica, della nascita
dell'Universo e della ricerca sul bosone di Higgs. Assieme a Fabiola
Gianotti, spokesperson di ATLAS, Guido Tonelli spokesperson emerito di
CMS e Fernando Ferroni presidente dell’INFN, hanno animato la serata il
giocoliere catalano Pep Bou, specialista in bolle di sapone, e il gruppo di
Psiquadro, specializzato in giocoleria scientifica. A tenere insieme
narrazione scientifica e rappresentazione visiva, i conduttori Patrizio
Roversi e Syusy Blady. L'evento è stato ripreso da Rai150 e verrà mandato
in onda sul canale Rai Storia alle 21 di giovedì 26 e alle 15 di domenica 30
settembre.
La scala dimensionale della natura
Mecanique
Prefissi del Sistema Internazionale
10n
Prefisso
Simbolo
Nome
Equivalente decimale
1024
yotta
Y
Quadrilione
1 000 000 000 000 000 000 000 000
1021
zetta
Z
Triliardo
1 000 000 000 000 000 000 000
1018
exa
E
Trilione
1 000 000 000 000 000 000
1015
peta
P
Biliardo
1 000 000 000 000 000
1012
tera
T
Bilione
1 000 000 000 000
109
giga
G
Miliardo
1 000 000 000
106
mega
M
Milione
1 000 000
103
kilo o chilo
k
Mille
1 000
102
etto
h
Cento
100
10
deca
da
Dieci
10
10−1
deci
d
Decimo
0,1
10−2
centi
c
Centesimo
0,01
10−3
milli
m
Millesimo
0,001
10−6
micro
µ
Milionesimo
0,000 001
10−9
nano
n
Miliardesimo
0,000 000 001
10−12
pico
p
Bilionesimo
0,000 000 000 001
10−15
femto
f
Biliardesimo
0,000 000 000 000 001
10−18
atto
a
Trilionesimo
0,000 000 000 000 000 001
10−21
zepto
z
Triliardesimo
0,000 000 000 000 000 000 001
10−24
yocto
y
Quadrilionesimo
0,000 000 000 000 000 000 000 001
Tabella degli ordini di grandezza del tempo
fattore
10−44
10−24
unità di misura
1 E-44 s
1 yoctosecondo
Grandezza
E-44 s
E-24 s
Simbolo
fenomeni
multipli
tP
Tempo di Planck il più breve intervallo di tempo che i
fisici possono descrivere e di conseguenza il tempo
minimo con cui l'universo puo' essere misurato dopo il
Big Bang ≈ 5,4 × 10−44 secondi.
--------------------------
ys
0.3 ys: vita media dei Bosoni W e Z
0.5 ys: tempo di decadimento di un Quark top secondo
il Modello Standard.
1 ys: tempo per un quark per emettere un gluone.
23 ys: metà della vita dell'isotopo dell'idrogeno 7H.
1 ys, 10 ys,
100ys
1 zs, 10 zs,
100 zs
10−21
1 zeptosecondo
E-21 s
zs
14 zs: vita dell'elettrone nell'orbita superiore nell'elio-9.
17 zs: approssimazione del ciclo temporale della fascia
di separazione della radiazione elettromagnetica tra i
raggi gamma e i raggi X.
300 zs:approssimazione del ciclo temporale della fascia
di separazione tra i Raggi X forti e i Raggi X deboli
10−18
1 attosecondo
E-18 s
as
1 as tempo stimato del decadimento di un nucleo atomico
1 as, 10 as,
100 as
10−15
1 femtosecondo
E-15 s
fs
200 fs = le reazioni chimiche più veloci
1 fs, 10 fs,
100 fs
10−12
1 picosecondo
E-12 s
ps
1 ps: metà della vita di un Quark bottom
4 ps: cicle time di un transistor IBM Silicio-Germanio
1 ps, 10 ps,
100 ps
10-9
1 nanosecondo
E-9 s
ns
1 ns: tempo del ciclo di un microprocessore da 1GHz.
1 ns, 10 ns,
100 ns
1024
1 yottasecondo
(32 quadriliardi
di anni)
E24 s
Ys
--
1024 s, 1025 s,
1026 s e oltre .
Tabella degli ordini di grandezza del tempo
fattore
unità di misura
Grandezza
Simbolo
fenomeni
multipli
10−12
1 picosecondo
E-12 s
ps
1 ps: metà della vita di un Quark bottom
4 ps: cicle time di un transistor IBM Silicio-Germanio
1 ps, 10 ps,
100 ps
10-9
1 nanosecondo
E-9 s
ns
1 ns: tempo del ciclo di un microprocessore da 1GHz.
1 ns, 10 ns,
100 ns
1 µs, 10 µs,
100 µs
10−6
1 microsecondo
E-6 s
µs
20 µs circa il tempo di campionamento per singolo
campione in una conversione del suono da analogico a
digitale, per una frequenza di 48kHz
10−3
1 millisecondo
E-3 s
ms
50 a 80 ms circa, un battito palpebra
1 ms, 10 ms,
100 ms
100
1 secondo
E0 s
s
minuto = 60 s
1 s, 10 s, 100s
103
1 kilosecondo
(16,7 minuti)
E3 s
ks
ora = 3600 s
giorno= 86 400 s = 86.4 ks
settimana = 604.8 ks
103 s, 104 s,
105 s
106
1 megasecondo
(11,6 giorni)
E6 s
Ms
mese = 2.6 x 106 s
anno = 31.6 Ms ~= π x 107
106 s, 107 s,
108 s
109
1 gigasecondo
(32 anni)
E9 s
Gs
secolo = 3.16 Gs ~= π x 109 s
millennio = 31.6 Gs ~= π x 1010 s
109 s, 1010 s,
1011 s
1012
1 terasecondo
(32.000 anni)
E12 s
Ts
6 Ts: tempo trascorso dalla comparsa dell'Homo Sapiens
(approssimativamente)
1012 s, 1013 s,
1014 s
1015
1 petasecondo
(32 milioni di a)
E15 s
Ps
dall'Oligocene a oggi
1015 s, 1016 s,
1017 s
1018
1 exasecondo
(32 miliardi di a)
E18 s
Es
due volte e mezzo circa l'età del nostro universo
1018 s, 1019 s,
1020 s
1021
1 zettasecondo
(32 triliardi di a)
E21 s
Zs
circa l'ordine di grandezza dell'eventuale decadimento del
protone
1021 s, 1022 s,
1023 s
Tabella degli ordini di grandezza della velocità
Ordine
di
grandez
za
Valore in
metri al
secondo (m·s−1)
Valore in
chilometri orari
(km·h−1)
Descrizione
1,3 · 10-9
4,68 · 10-9
Velocità media di retrocessione della Luna rispetto alla Terra.
da 0,3 · 10-9 fino
a 3 · 10-9
da 1 · 10-9 fino
a 1 · 10-8
Velocità media della deriva dei continenti.
3 · 10-9
1,08 · 10-8
Velocità media di crescita dei capelli dell'uomo.
10−3
0,013
0,0468
Velocità media di una lumaca [1].
10−1
0,28
1
1 km/ora
1
3,6
1 m/secondo
1–1,5
3,6–5,4
Velocità media di un uomo che cammina.
10,25
36,89
Velocità media tenuta da Asafa Powell durante il record del mondo nei 100
metri piani
5–25
18–90
Velocità di propagazione dei neuroni sensori non mielinati.
28
100
Velocità di un cavallo al galoppo.
30
108
Velocità di una motoscafo da off-shore.
32
115,2
Velocità massima mai cronometrata di un ghepardo (Acynonix jubatus) il
più veloce animale terrestre.
36
130
Record di velocità per un veicolo terrestre a propulsione umana.
40
144
Velocità di un treno.
90
320
Velocità di un treno ad alta velocità e del Falco Pellegrino (Il volatile più
veloce) in picchiata.
97,2
350
Velocità massima della Ferrari Enzo.
10−9
100
101
Tabella degli ordini di grandezza della velocità
Ordine
di
grandez
za
102
Valore in
metri al
secondo (m·s−1)
Valore in
chilometri orari
(km·h−1)
Descrizione
103
370
Velocità massima del siluro VA-111 Shkval (circa 200 nodi).
105,5
379,8
Velocità massima della Ferrari F50 GT1.
119,917
431,7
Velocità massima della Bugatti Veyron SuperSport, automobile più veloce
mai prodotta in serie.
10–120
36–432
Velocità di propagazione di un segnale motorio nei mammiferi.
130
468
Velocità media del vento durante un tornado.
161,39
581
Velocità del treno a levitazione magnetica JR-Maglev il 2 dicembre 2003
sulla Yamanashi Maglev Test Line.
331,5
1.193,4
Velocità del suono nell'aria a livello del mare a 0 °C.
340,3
1.225
Velocità del suono a livello del mare in Atmosfera Standard Internazionale
ICAO.
341,107
1.227,985
Velocità massima raggiunta su terra (1997) dal ThrustSSC, auto a
propulsione jet.
428
1.540,8
Velocità massima del Bell X-1.
464
1.670
Velocità di rotazione della Terra all'equatore.
603
2.170,8
Velocità del Concorde.
975
3.510
Velocità iniziale di un proiettile sparato da un fucile M16.
981
3.532
SR-71 Blackbird, il più veloce velivolo guidato da un motore jet meccanico.
2.000
7.200
Velocità stimata di un neutrone termico
Velocità: la terra
Moto di rotazione:
velocità di rotazione all’equatore: 0.464 km/s
Moto di rivoluzione:
La Terra percorre un'orbita completa in 365
giorni e 6 ore circa (anno siderale e anno
tropico); la sua velocità media è pari a circa
30 km/s. La circonferenza orbitale, nel suo
complesso, misura circa 940 milioni di km.
940 10^6 / [(365x24+6)x3600] = 29.8 -> 30km/s
Tabella degli ordini di grandezza della velocità
Ordine
di
grandezza
103
Valore in
metri al
secondo (m·s−1)
Valore in
chilometri orari
(km·h−1)
Descrizione
2.000
7.200
Velocità stimata di un neutrone termico
2.019
7.268,4
Velocità dell'X-15.
3.111
11.199,6
Velocita del X-43, il più veloce aereo ipersonico senza pilota del mondo.
7.777
28.000
Propagazione dell'esplosione in una corda detonante. Velocità tipica di un
satellite artificiale e dello Space Shuttle in una bassa orbita terrestre.
11.082
39.895
Massima velocità raggiunta dall'Apollo 10 durante la fase di rientro (circa
Mach 36). Questa è la massima velocità fino ad oggi raggiunta da un
veicolo con equipaggio.
12.900
46.440
Velocità di rientro della capsula di ritorno della sonda spaziale Stardust. La
maggiore velocità di rientro di un oggetto costruito dall'uomo.
16.210
58.356
Velocità di fuga dalla Terra delle navette ad alta velocità di fuga New
Horizons della NASA.
29.800
107.280
Velocità con cui orbita la Terra intorno al Sole.
70.220
252.792
Velocità della sonda solare Helios 2—Il più veloce oggetto costruito
dall'uomo.
2 · 105
7 · 105
Velocità con cui orbita il sistema solare attorno alla Via Lattea.
4,5 · 105
1,6 · 106
Velocità media di una particella del vento solare della nostra stella.
1 · 107
3,6 · 107
Velocità tipica di un neutrone veloce.
3 · 107
1 · 108
Velocità di un elettrone in un tubo catodico.
104
Tabella degli ordini di grandezza della velocità
Ordine
di
grandezza
Valore in
metri al
secondo (m·s−1)
Valore in
chilometri orari
(km·h−1)
Descrizione
11.082
39.895
Massima velocità raggiunta dall'Apollo 10 durante la fase di rientro (circa
Mach 36). Questa è la massima velocità fino ad oggi raggiunta da un
veicolo con equipaggio.
12.900
46.440
Velocità di rientro della capsula di ritorno della sonda spaziale Stardust. La
maggiore velocità di rientro di un oggetto costruito dall'uomo.
16.210
58.356
Velocità di fuga dalla Terra delle navette ad alta velocità di fuga New
Horizons della NASA.
29.800
107.280
Velocità con cui orbita la Terra intorno al Sole.
70.220
252.792
Velocità della sonda solare Helios 2—Il più veloce oggetto costruito
dall'uomo.
2 · 105
7 · 105
Velocità con cui orbita il sistema solare attorno alla Via Lattea.
4,5 · 105
1,6 · 106
Velocità media di una particella del vento solare della nostra stella.
1 · 107
3,6 · 107
Velocità tipica di un neutrone veloce.
3 · 107
1 · 108
Velocità di un elettrone in un tubo catodico.
1,24 · 108
4,47 · 108
Velocità della luce in un diamante (indice di rifrazione 2,417).
2 · 108
7,2 · 108
Velocità di un segnale in un cavo.
299.792.458
1.079.252.848,8
Velocità della radiazione elettromagnetica nel vuoto (vedi anche velocità
della luce).
Superluminale
incostante
Superluminale
incostante
Velocità del tachione (particella immaginaria prevista all'interno della Teoria
delle Stringhe).
104
Più veloci
Campo d’indagine
- La scala dimensionale della natura
- Le frontiere
a) Il piccolo
b) Il grande
c) Il complesso
L’evoluzione storica della scienza
- La differenziazione delle scienze
- L’ interdisciplinarità
gli argomenti
i metodi, lo sviluppo dei modelli mentali
gli strumenti
Campi interdisciplinari
-
Astro-fisica
Bio-fisica
Chimica fisica
Econo-fisica
Fisica matematica
Fisica terrestre
Fisica medica
Fisica bio-medica
Geo-fisica
Densità della Terra
Struttura della terra
Struttura
del globo
terrestre
Non studiate su Wikipedia !!!
• La densità media della Terra è di 5,515
g/cm³, rendendolo il pianeta più denso del
Sistema Solare; tuttavia non è costante,
ma è direttamente proporzionale …
• La Terra non ha una struttura omogenea:
la densità della crosta terrestre è di circa
2,7-2,8 e quella media del pianeta è di
5,52: dunque l'interno della ...
(unità di misura????)
Quale dato ha permesso di supporre che la densità della
Terra aumenta con la profondità?
http://it.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080528112624AApRvut
Mettendo un attimo da parte le risposte finora pervenute, alcune delle quali
contengono sicuramente affermazioni esatte, a me sembra che il quesito
debba avere un tipo diverso di risposta...
Tu dici: quale dato ha permesso di SUPPORRE...?
La prima supposizione che la densità della Terra aumentasse con la profondità
certamente non è venuta dalla sismica, la quale invece ha fornito solo delle
prove a favore della supposizione fatta!!
Da dove viene quindi la supposizione? Da un paio di calcoli!
Nel 1798 Cavendish fa la cosiddetta "pesata della Terra", determinandone la
massa e, calcolandone facilmente il volume, la densità media, pari a circa 5,5
g/cm3.
Nel momento in cui io prendo una roccia della crosta terrestre e vedo che ha
densità pari a valori compresi tra 2,7 e 3 g/cm3, intuitivamente devo per forza
pensare che la densità aumenti dalla superficie all'interno.
Si è pensato soltanto dopo di utilizzare le onde sismiche come prova a
supporto di quest'ipotesi.
Tabella di
densità
http://www.geologia.com/area_raga/terra/terra.html
Ne discutiamo???? !!!!!!!!!!!!!!
Lo studio della propagazione delle onde sismiche
(vedi i terremoti)ci dice che la seconda possibilità
è quella che effettivamente si ritrova in natura.
Prima di passare ad esaminare nel dettaglio la
struttura della terra è necessario spiegare come si
può studiare quest'ultima con le onde sismiche:
un onda, non necessariamente sismica, ma può
essere acustica, luminosa ecc., quando incontra
una superficie di discontinuità subisce la cosidetta
diffrazione: una parte dell'onda penetra attraverso
la superficie, mentre un'altra parte vi rimbalza e
torna pressappoco nella direzione di provenienza
(in realtà non è esattamente così, ma questa non
è la sede per trattare il fenomeno nello specifico).
Ambiente
energia
sistema
ambiente
Abiologico + Biologico
SSD: GEO + BIO
I corsi di laurea che avete scelto:
Scienze Geologiche e Scienze Naturali
La Fisica per questi CdL:
Perché insieme?
E’ una scelta di necessità o ha un senso
culturale?
Fisica per
Scienze Geologiche e Scienze Naturali
Organizziamoci e lavoriamo insieme!