ORSA - Corso di Astronomia

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    1. 1. Giuseppe Lo Presti CERN – European Organization for Nuclear Research, Geneva Dall’infinitamente grande all’infinitamente piccoloLa Fisica del CERN e le conseguenze per l’Astronomia ORSA - Corso di Astronomia di Base Palermo, 22 Novembre 2011
    2. 2. Sommario I PARTE: la Fisica del CERN  Acceleratori e collisori di particelle  Montagne di dati… II PARTE: Astronomia ed Astrofisica al CERN  Il rivelatore AMS a bordo della ISS  Gli esperimenti ALICE e LHCb Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 2
    3. 3. Il CERN in cifre 1954: anno di fondazione 20 Stati membri, 6 Stati osservatori + UNESCO e UE 60 Paesi non membri collaborano con il CERN 2950 persone lavorano al CERN come membri interni, altre 10 000 da istituti di tutto il mondo 850 MEUR di budget annuale (2010). Italia: 100 MEUR 5 Premi Nobel Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 3
    4. 4. Piccole e grandi scale
    5. 5. Gli strumenti del CERN Per fare ricerca in Fisica delle particelle, occorrono:  Acceleratori  Rivelatori 25% del personale Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 5
    6. 6. Gli strumenti del CERN …E per costruirli, occorre una grande varietà di tecnologie!  Ingegneria civile, materiali speciali, super frigoriferi, magneti, vuoto, informatica e telematica, pompieri, ... 75% del personale! Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 6
    7. 7. Cosa sappiamo… 7
    8. 8. …e cosa vogliamo sapere Da dove viene la massa?Peter Higgs Di che cosa è fatto l’Universo? Il 96% del “contenuto” è Ogni particella di materia ha una ancora sconosciuto! controparte di antimateria Dov’è finita l’antimateria?La prima antiparticella, il positrone (antielettrone),venne teorizzata da Paul Dirac nel 1930 escoperta due anni dopo! Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 8
    9. 9. Grandi strumenti per minuscole particelle… L’unico modo a noi conosciuto per creare nuove particelle è:  Prendere una particella carica e stabile e fornirle energia (cinetica) accelerandola  Farla scontrare con un bersaglio fisso o, meglio, con un’altra particella che viaggia in direzione opposta  Una parte dell’energia disponibile nell’urto può convertirsi in massa (E=mc2), ovvero in nuove particelle La collisione di particelle è anche un modo per ricreare in laboratorio condizioni di densità di energia vicine al Big-Bang Per accelerare di più ocorrono acceleratori sempre più grandi e più potenti… Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 9
    10. 10. Il Large Hadron Collider Lago di Ginevra SPS CERN 10
    11. 11. Il Large Hadron Collider Lago di Ginevra SPS CERN 11
    12. 12. Il Large Hadron Collider~ 100 m 12
    13. 13. Il tunnel di LHC
    14. 14. Prima di entrare nel rivelatore
    15. 15. Particolare dei magneti Canale per le particelle Spire superconduttrici
    16. 16. L’alimentazione elettrica…
    17. 17. Precisione! Maree Correnti parassite L’anello di 27 km è sensibile a cambiamenti di lunghezza dell’ordine di 1 mm LHCTsunami lontani Temporali 14 17
    18. 18. I Rivelatori di LHC ATLAS CMS ORSA - Corso Astronomia LHCb 18
    19. 19. ATLAS
    20. 20. CMS
    21. 21. CMS: la calata del gigante…
    22. 22. Alcuni esempi di cosa vediamo oggi Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 22
    23. 23. Una montagna di dati…Ma è quello che cerchiamo? Ecco come appare una tipica collisione… ma noi vogliamo trovare questo segnale!Per di più, facciamo 500M di collisioni al secondo per trovare almassimo qualche segnale del Bosone di Higgs la settimana! Come cercare una persona tra una popolazione di 1000 mondi…E l’elevatissimo rumore di fondo obbliga a raccogliere dati permolto tempo, prima di avere misure statisticamente significative Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 23
    24. 24. Il flusso di dati di LHC Pallone aerostatico (30 Km) 200-400 Hz (collisioni/sec) da Colonna di CD prodotti da LHC in registrare per ciascun esperimento 1 anno! (~ 25 Km) Dimensione di un evento:  ~ 1 MB per ATLAS o CMS ~ 10 MB per ALICE in collisioni Pb-Pb Concorde (15 Km)  Flusso totale di dati da LHC a disco, inclusa ricostruzione online: ~ 2,5 GB/sec 1014 eventi raccolti all’anno  20 PB (1015 B) di dati all’anno Monte Bianco (4.8 Km)  Una colonna di CD alta 25 Km!  100 anni di film in HD (e la filmografia mondiale non arriva ancora a 100 anni…) Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 24
    25. 25. La “Griglia” per elaborare i dati Una interconnessione di centri di calcolo a livello mondiale per condividere risorse di calcolo, di archiviazione e di rete  Il CERN è il centro stella  Non solo per la Fisica! ORSA - Corso Astronomia 25
    26. 26. Fine Prima Parte. Domande? La sala di controllo del CERN il 30 Marzo 2010, primo giorno di fasci in collisione a 3,5 TeV in LHCAltre informazioniCERN TV: www.youtube.com/cernBandi e stage: www.cern.ch/jobs Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 26
    27. 27. II PARTE: Astronomia al CERN Giuseppe Lo Presti 27
    28. 28. Alpha Magnetic Spectrometer AMS-02: Un rivelatore di particelle nello spazio  Una collaborazione CERN - INFN - NASA  Alla caccia di antimateria, materia oscura, e quant’altro…  Come? Con un supermagnete permanente circondato da tanta elettronica  Per inciso, lungo la vita del progetto si è passati da un magnete permanente ad uno superconduttore, e poi nuovamente a un magnete permanente… Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 28
    29. 29. Alpha Magnetic Spectrometer Guarda caso, l’elettronica è quasi identica a quella dei rivelatori di LHC… Solo deve rispettare criteri più restrittivi dovendo operare sulla ISS I dati sono trasmessi a terra al CERN a 10 Mbps Imbarco a Ginevra, in partenza per il centro ESTEC dell’ESA, presso Amsterdam Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 29
    30. 30. Alpha Magnetic Spectrometer Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 30
    31. 31. A Large Ion Collider Experiment ALICE: simulare il Big Bang in laboratorio  Collisioni Pb-Pb invece che pp  Immaginate due dischi schiacciati che collidono… Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 31
    32. 32. A Large Ion Collider Experiment ALICE: simulare il Big Bang in laboratorio  Collisioni Pb-Pb invece che pp  Immaginate due dischi schiacciati che collidono… Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 32
    33. 33. A Large Ion Collider Experiment Cosa si è osservato finora?  Indizi della presenza di un quinto stato della materia, il Plasma di Quark e Gluoni (QGP)  Questa è la materia presente dentro le Pulsar  Addirittura anche interi nuclei di Anti-elio!  Il Tevatron a Chicago aveva annunciato questa scoperta e ALICE l’ha confermata poco dopo E adesso?  In questi giorni di nuovo collisioni Pb-Pb, e anche p-Pb: come sparare un proiettile contro un atomo Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 33
    34. 34. LHC beauty-quark experiment LHCb: alla caccia dell’asimmetria tra materia ed antimateria  Osservando collisioni pp sotto un angolo molto piccolo, quasi lungo il fascio stesso  Rivelatore aperto, non ermetico  Il “piccolo” della famiglia di LHC, ma con la migliore risoluzione sulle particelle a basso angolo  Studio di particelle esotiche come i mesoni B, formati da un quark ed un antiquark  Una su ~100 milioni decade in modo da violare la simmetria Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 34
    35. 35. Cosa ci aspettiamo adesso? In LHC, i grandi esperimenti hanno raccolto 5 fb-1, ben più dei dati previsti per quest’anno  Leggasi femtobarn inversi: www.tvspace.it/journal/?p=1808 L’analisi completa di tutti questi dati porterà certamente a qualche scoperta  Ad esempio, o troviamo il famigerato Bosone di Higgs, o lo escludiamo del tutto – e i teorici possono rimboccarsi le maniche per proporre alternative Restate in ascolto… Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 35
    36. 36. Per finire… A che serve tutto questo? …Non (solo) a pagare gli stipendi ai ricercatori… Brevissima panoramica sulle ricadute pratiche:  in Medicina  in Ingegneria  etc. Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 36
    37. 37. Ricadute pratiche: MedicinaTomografia ad Emissione Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI)di Positroni (PET) Adronterapia Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 37
    38. 38. Ancora ricadute pratiche Ingegneria  Il Web, trattamento dei rifuti radioattivi, rivelatori per controlli doganali Bioinformatica  Studio del genoma o del proteoma umano Nanotecnologie  Progettazione di nuovi materiali su scala molecolare Ambiente  Simulazioni e previsioni meteo, osservazioni della Terra, gestione disastri naturali, … Tim Berners-Lee Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 38
    39. 39. Grazie per l’attenzione! Domande? “Magic is not happening at CERN, magic is being explained at CERN” (Tom Hanks)

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