Oreste Nicrosini

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Il Bosone di Higgs

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Oreste Nicrosini

  1. 1. 1m1-10µ = 1-10×10-6m
  2. 2. 2-3×10-9m=2-3nm
  3. 3. 1-10Å=1-10×10-10m10-15m=1fmelettrone: J.J. Thompson (1897)nucleo: E. Rutherford (1911)neutrone: J. Chadwick (1932)“Radiografia” del protone: SLAC (1969)M. Gell-Mann, K. NishijimaY. Ne’eman, G. ZweigR. Feynman, J. BjorkenJ.I. Friedman, H.W. Kendall, R.E. Taylor1/2 MeV1 GeV
  4. 4. Teoria della Relatività (ristretta)  Le eq. di Maxwell contengono c(velocità della luce nel vuoto)  Sono covarianti per trasformazionidi Lorentz (TL)  La meccanica è covariante pertrasformazioni di Galileo (TG)  TL  TG per velocità piccolerispetto a c  Einstein: “corregge” meccanica inmodo che sia covariante per TLConseguenze:  c = velocità limite  Relatività della simultaneità  Dilatazione dei tempi  Contrazione delle lunghezze  E=mc2Meccanica quantistica  Spettro di corpo nero, effettofotoelettrico, effetto Compton,spettri atomici…: non è possibilespiegare esperimenti con fisicaclassica (meccanica edelettromagnetismo)  Ipotesi di De Broglie: λ=h/p  Heisenberg: Δx Δp ≈ h  Equazione di Scrödinger: permettedi determinare l’onda associataalle particelleIl quadro concettuale
  5. 5.  Forza di gravità Forza elettromagnetica Forza nucleare forte Forza nucleare debole
  6. 6.   Studiata da I. Newton  Attrattiva, riguarda masse  A lungo raggio d’azione  Meccanica terrestre (peso) e celeste(orbite)I. Newton (1643-1727)
  7. 7.   Oggi descritta da Relatività Generale(A. Einstein)  Gravità=deformazione spazio-tempo*A. Einstein (1879-1955)Relatività Generale (1916)*Orologi in campogravitazionale rallentano
  8. 8.   Molti padri (Coulomb, Faraday, Volta,Ampere, Biot, Savart, Herz… Maxwell )  Riguarda cariche elettricheA. Volta (1745-1827)J.C. Maxwell (1831-1879)  A lungo raggio d’azione  È responsabile della gran partedei fenomeni della vita di tutti igiorni  Fe/FG ≈ 1036 (protoni)
  9. 9.   Descritta da elettrodinamica quantistica (QED, fotoni)  Esistono le antiparticelle (positrone)
  10. 10.   Lega protoni e neutroni a formare i nuclei (residuale,mesoni)  Lega i quark (via gluoni) a formare protone e neutrone(più in generale barioni e mesoni, detti adroni)  Corto raggio d’azione (≤10-15m=fm)  Descritta da Cromodinamica Quantistica (QCD)  quark e gluoni “confinati” all’interno degli adroni, dovesono liberiD.J. Gross, H.D. Politzer, F. Wilczek
  11. 11.   Quantum Chromo Dynamicscalcolabile “a mano” solo in particolarisituazioni; in generale necessariesimulazioni numeriche  Confinamento e “frammentazione”
  12. 12. “Italiano uno dei supercomputer piùpotenti al mondo”Newton, 24 gennaio 2005N. CabibboProgetto INFN, in collaborazione conDESY Zeuthen e Université Paris-Sud 11
  13. 13.   Responsabile della “trasformazione” di particelle  Corto raggio di azione (≤10-15m=fm)  Neutrini  Combustione del sole (e delle stelle)per fusione nucleare  Composizione cosmici
  14. 14.  Oggi unificata a elettrodinamica nella“Teoria dell’Unificazione Elettrodebole”S.L. Glashow, A. Salam, S. WeinbergC. Rubbia, S. van der MeerBosoni W e Z (≈100 GeV)CERN, UA1&UA2, 1984
  15. 15.  Necessario per generare le massedelle particelle elementari Vuoto carico: massa dovuta a“viscosità” (rottura spontanea dellasimmetria)P. Higgs
  16. 16. Come funziona il campo di HiggsFonte: Istituto Nazionale di Fisica NucleareIl campo permea tutto l’universo.Le particelle che lo attraversanoavvertono ognunauna resistenza diversa.Questa resistenza è quellache chiamiamo massaParticelledi massa media(muoni, ecc.)Particelledi grande massa(quark top, ecc.)Particelle di massapiccolissima o zero(fotoni, elettroni, ecc.)CAMPO DI HIGGSPer spiegare come maila materia abbia massa,il fisico Peter Higgsnel 1960 ha ipotizzatolesistenza del bosonedi Higgs.Il bosone di Higgsè la particella che dàla massa a tutte le altre.Ciò avviene quando questeinteragiscono col campoprodotto dallHiggs.Provare lesistenzadellHiggs è uno degliobiettivi principalidi LHC, in particolaredegli esperimenti ATLASe CMS.Alla ricerca della particella che dà la massa alla materia
  17. 17. •  M2H = 2 λ v2•  λ = intensità autoaccoppiamento•  Grande MH  higgs, W e Zfortemente interagentiEffetti quantistici: MH assume in modo “naturale”la massa di “nuova fisica”  fine tuning, gerarchiaTree levelOne loop+ analogo con g
  18. 18.  Teoria quantistica relativistica di campo Descrive in modo unificato forzeelettromagnetica, debole e forte (campi diYang-Mills non abeliani)RelativitàMeccanica quantistica
  19. 19.   Particelle “materia” e particelle “forza”(+ relative antiparticelle)  Tre famiglie (?), il nostro mondo fatto dellaprima (e un po’ di seconda)Dimensione particelle < 10-19m
  20. 20. LEP Electroweak working group
  21. 21.  Non include gravità Naturalezza/gerarchia(presenza di scalarielementari) Grande unificazione? Masse e oscillazioni dineutrini
  22. 22.  Non include gravità Naturalezza/gerarchia(presenza di scalarielementari) Grande unificazione? Masse e oscillazioni dineutrini Materia oscura(!) Energia oscura(!!)
  23. 23.   Scalari compositi  Supersimmetria  Teorie Grandunificate  Dimensioni extra  Teoria di stringa
  24. 24.  Origine della massa (il bosone di Higgs) Esiste la supersimmetria?…O una nuova forza fondamentale? E la grandunificazione?Viviamo su una membrana 4-dim? Tracce di stringhe?… La materia oscura può essere prodotta inlaboratorio? (neutralini) Quali sono le proprietà del plasma di quark egluoni?
  25. 25.  Ma forse: c’è qualcosa dicompletamente inatteso?
  26. 26. “Sensate esperienze”“Certe dimostrazioni”“Il gran libro della natura è scrittoin caratteri matematici”Galileo Galilei (1564-1642)
  27. 27.   Uno dei maggiori centri mondiali diricerca scientifica  Ricerca sui costituentifondamentali della materia e sulleloro interazioni  20 stati membri, aperto a scienziatidi tutto il mondo  Correnti deboli neutre; W e Z;antimateria; oscillazioni di neutrini  Numerosi premi Nobel
  28. 28.   109 eventi al secondo  Energia 7x Tevatron at FNAL: 14 TeV  3000 km di cavi (ATLAS)  1 TB/s dati registrati  Temperatura 1.9 Ko (il sistema criogenico più grandedel mondo)  Circa 5000 fisici coinvolti  6 esperimenti: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb, TOTEM,LHCf
  29. 29. ATLAS Experiment © 2012 CERN
  30. 30. [GeV]HM100 120 140 160 180 200HiggsBR+TotalUncert-310-210-1101LHCHIGGSXSWG2011bbccggZWWZZ[GeV]HM100 200 300 400 500 1000HiggsBR+TotalUncert-310-210-1101LHCHIGGSXSWG2011bbccttggZWWZZCERN Yellow Report 2012-002
  31. 31. MW = MW(α, Gµ, MZ, …, mt, MH) via correzioni radiative
  32. 32. Oreste Nicrosini - INFN&UNIPV
  33. 33. We’ve passed some milestones, but theend of the road is not in sight(F. Wilczek, Nobel Laurate, “Originsof Mass”, arXiv:1206.7114, 29 June2012)
  34. 34. Positron Emission Tomography (PET)  Produzione di radionuclidi a breve emivita (ciclotrone)  Somministrazione (p.e. iniezione) zuccheri “drogati”  Rilevazione di γγ da annichilazione e+e-  Ricostruzione immagineBetatronoterapia (radioterapia)  Elettroni accelerati in betatrone  Produzione di raggi X o γ penetranti  Cura di tumori profondi
  35. 35. CNAO: Centro Nazionale Adroterapia Oncologica  Primo Centro in Italia, Pavia(quarto al mondo dopo USA, D, J)  Fondazione CNAO, U. Amaldi  Cura di tumori localizzati mediantefasci di protoni e ioni carbonio  Pazienti volontari da 10.2011
  36. 36. Ion Beam Analysis (IBA)  Per I beni culturali (analisi non invasive)  Per l’ambiente (ng/m3)Accelerator Mass Spectrometry (AMS)  Analisi al radiocarbonio
  37. 37. Ciascun satellite trasmette continuamente:  Informazioni orbitali (sua posizione, effemeridi)  Tempo (a bordo) al quale informazioni sono trasmesse(xi, yi, zi, ti)  Il ricevitore risolve (per almeno 4 satelliti):  1 µs  300 m (!)Correzioni relativistiche:  + 45.900 ns/day GR anticipo complessivo: ≈ 40 µs/day  -- 7.200 ns/day SR 9.192.631.770
  38. 38.   ARPANET, progetto del Ministero Difesa USA  Definizione di TCP/IP  HTTP nel 1989 da T. Berners-Lee  Concepito e sviluppato per consentire scambioinformazioni tra scienziati di tutto il mondo  Rivoluzione tecnologica e sociale  Uno dei motori dello sviluppo economicoTim Berners-Lee (2009)

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