Simmetrie dell'universo, dalla scoperta dell'antimateria a LHC, Edizioni Deda...Paolo Berra
Symmetries of the Universe, from the discovery of antimatter to LHC
Paolo Berra
Short info.
An exciting story about the discoveries of the modern physics, a time travel to discover the origins of the most recent theories about the antimatter, the origin of the Universe and the unified laws that govern it. The personal anecdotes about the greatest scientists tell us a story that goes from the infinitely small of the elementary particles to the interstellar travels, exploring the vastness of the Universe, and give to the book an original and charming approach. The book reveals, in a simple way, the secrets of the current experiments with large particle accelerators, like the Large Hadron Collider LHC at CERN in Geneva. The studies on the asymmetry between matter and antimatter in the Universe, the recent discovery of the Higgs boson, the creation of antimatter atoms in the laboratory are just some of the fascinating challenges for the physics of the new millennium.
È la macchina più potente mai costruita dall’uomo. Si chiama LHC e si trova al CERN di Ginevra (Svizzera), il laboratorio di parti- celle dove lavorano oltre 3.000 scienziati (tra cui 700 italiani). Serve per trovare, tra le altre cose, il Bosone di Higgs, la particella che è stata soprannominata, in modo un po’ pomposo, dal Premio Nobel per la Fisica, Leon Max Lederman, “Particella di Dio”.
Puoi immaginare l’LHC come il più grande e potente microscopio della storia della scienza. È un lungo tubo sotterraneo (arriva a 100 metri sottoterra) a forma di anello e largo 27 chilometri.
Simmetrie dell'universo, dalla scoperta dell'antimateria a LHC, Edizioni Deda...Paolo Berra
Symmetries of the Universe, from the discovery of antimatter to LHC
Paolo Berra
Short info.
An exciting story about the discoveries of the modern physics, a time travel to discover the origins of the most recent theories about the antimatter, the origin of the Universe and the unified laws that govern it. The personal anecdotes about the greatest scientists tell us a story that goes from the infinitely small of the elementary particles to the interstellar travels, exploring the vastness of the Universe, and give to the book an original and charming approach. The book reveals, in a simple way, the secrets of the current experiments with large particle accelerators, like the Large Hadron Collider LHC at CERN in Geneva. The studies on the asymmetry between matter and antimatter in the Universe, the recent discovery of the Higgs boson, the creation of antimatter atoms in the laboratory are just some of the fascinating challenges for the physics of the new millennium.
È la macchina più potente mai costruita dall’uomo. Si chiama LHC e si trova al CERN di Ginevra (Svizzera), il laboratorio di parti- celle dove lavorano oltre 3.000 scienziati (tra cui 700 italiani). Serve per trovare, tra le altre cose, il Bosone di Higgs, la particella che è stata soprannominata, in modo un po’ pomposo, dal Premio Nobel per la Fisica, Leon Max Lederman, “Particella di Dio”.
Puoi immaginare l’LHC come il più grande e potente microscopio della storia della scienza. È un lungo tubo sotterraneo (arriva a 100 metri sottoterra) a forma di anello e largo 27 chilometri.
Il CERN: un angolo di paradiso ... per i fisicichreact
Express Yourself Italia 2014
Ricercatrice Modello: Sabrina Perrella
Dottorato in Fisica Fondamentale ed Applicata
Università degli Studi di Napoli Federico II
They represent 96% of our Universe but are invisible to the eyes (and to any more sophisticated instrument): they are the dark matter and dark energy, the greatest enigma of modern cosmology -Rappresentano il 96% del nostro Universo ma sono invisibili agli occhi (e a ogni più sofisticato strumento): sono la materia e l’energia oscura, il più grande enigma della cosmologia moderna.
Che cosa sono la materia e l’antimateria? Perché il nostro mondo è fatto solo di materia? Che fine ha fatto l’antimateria che si era creata nel Big Bang? La ricerca delle risposte a queste ed altre domande ha portato un gruppo di fisici italiani ai due capi del globo, dove acceleratori molto intensi e rivelatori ad elevata tecnologia (anche italiana) permettono di esplorare la fisica di precisione che ci può aiutare a capire perché il mondo è quello che conosciamo. Un’avventura iniziata più di vent’anni fa a SLAC in California e che prosegue oggi a KEK in Giappone. Raccontata, senza prendersi troppo sul serio, da un livornese trapiantato a Pisa.
Building Relevance and Driving Results for Trade AssociationsMWWPR
Trade associations serve the dual role of uniting an industry under one umbrella and representing its interests to stakeholders in government, media, the wider business community, and the general public.
Il CERN: un angolo di paradiso ... per i fisicichreact
Express Yourself Italia 2014
Ricercatrice Modello: Sabrina Perrella
Dottorato in Fisica Fondamentale ed Applicata
Università degli Studi di Napoli Federico II
They represent 96% of our Universe but are invisible to the eyes (and to any more sophisticated instrument): they are the dark matter and dark energy, the greatest enigma of modern cosmology -Rappresentano il 96% del nostro Universo ma sono invisibili agli occhi (e a ogni più sofisticato strumento): sono la materia e l’energia oscura, il più grande enigma della cosmologia moderna.
Che cosa sono la materia e l’antimateria? Perché il nostro mondo è fatto solo di materia? Che fine ha fatto l’antimateria che si era creata nel Big Bang? La ricerca delle risposte a queste ed altre domande ha portato un gruppo di fisici italiani ai due capi del globo, dove acceleratori molto intensi e rivelatori ad elevata tecnologia (anche italiana) permettono di esplorare la fisica di precisione che ci può aiutare a capire perché il mondo è quello che conosciamo. Un’avventura iniziata più di vent’anni fa a SLAC in California e che prosegue oggi a KEK in Giappone. Raccontata, senza prendersi troppo sul serio, da un livornese trapiantato a Pisa.
Building Relevance and Driving Results for Trade AssociationsMWWPR
Trade associations serve the dual role of uniting an industry under one umbrella and representing its interests to stakeholders in government, media, the wider business community, and the general public.
Over the past few years, much discussion has taken place about what is the next evolution of corporate citizenship. And yet, a real look reveals no “right” balance between philanthropic donations, environmental initiatives, community programs or skills-based pro bono work. The truth is, there is no easy answer or one-size-fits-all solution.
Smartphones are shifting from a screen that complements PCs (and tablets) to the main online activity screen. As a result, we must now shift our design, content and communications strategies to ones that see mobile as a first and engagement and, sometimes, only screen for engagement.
Energia e Informazione: La realtà dei bit, attraverso la fisica dei buchi neri.Fausto Intilla
Massa, Energia, Informazione ...tre nomi diversi per esprimere un solo concetto di Realtà; sono questi i tre aspetti tipici che può assumere la natura del mondo che ci circonda e guardando oltre, dell’intero Universo.
Presentazione - ADONE: Storia dell'Anello di Accumulazione per Elettroni e Po...Giorgio Sestili
Laboratori Nazionali di Frascati, 10 novembre 1974. Squilla il telefono, a rispondere è Giorgio Salvini. "Abbiamo individuato una nuova risonanza. E' estremamente stretta e si trova a 3,1 GeV." La voce era quella di Sau Lan Wu, collaboratrice di Samuel Ting ai Laboratori di Brookhaven negli Stati Uniti. A Salvini si gelò il sangue. Andò di corsa nella sala di sperimentazione e, dopo essersi consultato con Ferdinando Amman, il capo dei macchinisti, prese la decisione: "Dobbiamo rischiare. Portiamo ADONE oltre la sua energia massima, fino a 3,1 GeV".
Fu così che, anche a Frascati, si individuò il limpido segnale di una nuova particella, chiamata J/Ψ, che di lì a poco avrebbe rivoluzionato la fisica delle particelle. Purtroppo però, i primi a varcare la soglia della "rivoluzione di novembre" non furono i fisici italiani, ma quelli che lavoravano negli Stati Uniti. Samuel Ting e Burton Richter vennero premiati con il Nobel per la fisica nel 1976. Agli scienziati italiani non spettò nessun riconoscimento.
Eppure, proprio a Frascati inizia questa storia. Era il marzo del 1960 quando Bruno Touschek espose la sua geniale idea: l'esplorazione della fisica delle alte energie tramite gli urti fra elettroni e positroni, "particelle civili", che da lì in poi avrebbero per lungo tempo soppiantato quella confusionaria "teppa adronica" composta dai protoni.
Dall'idea di Touschek nacque prima un prototipo, AdA, il primo Anello di Accumulazione materia-antimateria. Successivamente nacque ADONE, l'acceleratore che, con 3 GeV nel centro di massa, detenne per qualche anno il primato di energia fra gli acceleratori.
ADONE era nato per andare a caccia di risonanze strette, ovvero, di nuove particelle con un'elevata massa ma estremamente difficili da individuare. Di queste particelle, nello spettro di energie esplorabile da ADONE, non v'era traccia. Ma la J/Ψ non era affatto lontana. Per scovarla, sarebbero bastati pochi passi oltre la soglia massima di Adone.
Questa tesi è frutto di un vasto lavoro di ricerca storica. L'autore, Giorgio Sestili, ha potuto attingere ai tanti documenti conservati negli archivi di Bruno Touschek, Edoardo Amaldi e Marcello Conversi. Il risultato è un meticoloso lavoro di ricostruzione di un periodo, quello dai primi anni '60 fino a metà degli anni '70 del novecento, particolarmente importante per la fisica italiana ed internazionale. In questa tesi vengono pubblicati documenti inediti, che aiutano a far luce sulle tante vicende, non solo di carattere scientifico, ma anche sociali e politiche (il Caso Ippolito del 1963-64 ed il blocco delle attività dei Laboratori INFN del 1969 ne sono due esempi) che hanno profondamente segnato quegli anni.
Il tutto scritto con uno stile narrativo che rende la lettura scorrevole e piacevole, a tratti avvincente. Una lettura adatta sia ai più esperti, sia agli interessati e curiosi di un pezzo importante della storia della fisica italiana.
"a che tante facelle" dott. Davide Maino Astrofisico Milanogiuseppe peranzoni
Corso di aggiornamento presso il Michelangelo Buonarroti di Trento - 12 febraio 2007 - Direzione del corso didattica e innovazione scolastica (DIESSE Trento)
Anche se negli ultimi cento anni ci siamo spinti sempre più in profondità nello studio delle particelle e subatomiche, molte domande rimangono ancora senza risposta: che cosa è la massa? perchè l'universo è fatto di materia e non di antimateria? cosa è successo nei primi istanti dopo il big-bang? Nel settantesimo anniversario dei terribili bombardamenti di Hiroshima e Nagasaki, questa lezione traccia in modo leggero il percorso ed i problemi della fisica dell’infinitamente piccolo, guardando al suo fascino, la sua utilità ed i suoi aspetti problematici. Diceva Calvino:”Oggi ogni ramo della scienza sembra ci voglia dimostrare che il mondo si regge su entità sottilissime: come i messaggi del DNA, gli impulsi dei neuroni, i quarks, i neutrini vaganti nello spazio dall'inizio dei tempi.”
1. Giuseppe Lo Presti
CERN – European Organization for Nuclear Research, Geneva
Dall’infinitamente grande
all’infinitamente piccolo
La Fisica del CERN e le conseguenze per l’Astronomia
ORSA - Corso di Astronomia di Base
Palermo, 22 Novembre 2011
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. 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
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. 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
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 e
scoperta due anni dopo!
Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 8
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
17. Precisione!
Maree
Correnti
parassite
L’anello di 27 km è sensibile a
cambiamenti di lunghezza
dell’ordine di 1 mm
LHC
Tsunami lontani
Temporali
14 17
18. I Rivelatori di LHC
ATLAS CMS
ORSA - Corso Astronomia LHCb
18
22. Alcuni esempi di cosa vediamo oggi
Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 22
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 al
massimo 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 per
molto tempo, prima di avere misure statisticamente significative
Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 23
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. 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. 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 LHC
Altre informazioni
CERN TV: www.youtube.com/cern
Bandi e stage: www.cern.ch/jobs Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 26
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. 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
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. 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. 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. 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. 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. 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. Ricadute pratiche: Medicina
Tomografia ad Emissione Risonanza Magnetica Funzionale (fMRI)
di Positroni (PET)
Adronterapia
Giuseppe Lo Presti ORSA - Corso Astronomia 37
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. Grazie per l’attenzione! Domande?
“Magic is not happening at CERN, magic is being explained at CERN”
(Tom Hanks)
