massa3

1 joule = 107 erg
eV =(elettronvolt) = 1.6*10-12 erg = 1.6 * 10-19 joule
Mev (megaelettronvolt) = 106 eV
Gev (gigaelettronvolt)    = 1000 Mev = 109 eV
Tev (teraelettronvolt)     = 1000 Gev  = 1012 eV

misure di massa, energia equivalente
elettronvolt eV
megaelettronvolt Mev = un milione di eV
gigaelettronvolt Gev = un miliardo di eV = mille Mev
teraelettronvolt Tev = mille miliardi di Ev = u miliardo di Mev = 1000 Gev

massa a riposo elettrone (positrone) :0.5 Mev
massa a riposo protone (antiprotone) 939 Mev
massa a riposo neutrone :939.57 Mev
massa a riposo (ipotetica) del bosone di Higgs (tra 100 GeV e 200 GeV)
massa a riposo bosone W :81 Gev
massa a riposo bosone Z :93 Gev
massa a riposo pione : 140 Mev
massa a riposo Muoni (mesoni) :105 Mev

Gli acceleratori presentano :
* un condotto (lineare o circolare) nel quale si deve mantenere un vuoto massimo
per impedire interazioni con le particelle che lo devono percorrere
* un insieme di magneti mantenuti a temperature molto basse (circa 2-3 K°) per sfruttare
la supercoduttività che rende praticamente nulla la resistenza al passaggio della corrente
elettrica aumentando il rendimento nella alimentazione dei magneti, per confinare e
accelerare le particelle introdotte
*serie di rivelatori di particelle in prossimità dei punti di collisione
*serie di computer per la raccolta ed elaborazione dei dati

Protoni fatti scontrare a velocità vicine a quella della luce per riprodurre le condizioni iniziali dell’Universo:
così si crea la materia oscura in laboratorio.
Della materia oscura conosciamo l’età e la quantità relativa.
Esiste da quando è nato l’Universo ed è cinque volte più abbondante
della materia “normale”, quella di cui siamo fatti.

 Il collisore elettrone-positrone Lep del Cern di Ginevra, 
costruito nel tunnel che viene ora utilizzato dal nuovo acceleratore Lhc,
aveva una circonferenza di ben 27 km.
In un collisore le particelle viaggiano in direzioni opposte e,
dopo essere state accelerate a velocità prossime a quella della luce all’interno di un tubo a vuoto,
sono fatte scontrare frontalmente con l’obiettivo di generare,
a partire dall’energia resa disponibile nell’urto, nuove particelle.

Quando due particelle si scontrano a velocità vicine alla velocità della luce,
l’energia disponibile può trasformarsi in massa,
dando luogo alla formazione di particelle pesanti che prima dell’urto non esistevano.
Se questo avviene, nei prodotti dell’urto si possono trovare particelle già note
ed eventualmente altre ancora sconosciute:
proprio tra queste ultime i fisici si aspettano di identificare
e studiare anche le particelle di materia oscura.

 Ricerche di questo tipo sono in corso al
Fermilab di Chicago,nel collisore Tevatron,
e sono condotte accelerando protoni e antiprotoni
per realizzare urti a un’energia di duemila miliardi di elettronvolt.

Non tutta l’energia cinetica fornita dall’acceleratore è spesa per produrre nuove particelle.

I protagonisti degli “incontri ravvicinati” al Fermilab ,
i protoni e gli antiprotoni, sono particelle composite, i cui costituenti fondamentali sono quark e gluoni.
La produzione di nuove particelle avviene proprio grazie
all’interazione tra queste particelle fondamentali ossia più precisamente,
un costituente del protone e uno dell’antiprotone.
Essendo coinvolti nell’urto solo alcuni dei costituenti fondamentali,
soltanto una frazione dell’energia viene utilizzata
per la produzione di nuove particelle e la restante parte viene portata via da quei costituenti

 Per questa ragione, l’energia resa disponibile al Tevatron
permette di coprire solo una parte dell’intervallo in cui è probabile produrre materia oscura
e questo limite ha spinto gli scienziati a raggiungere energie ancora più elevate.
Il prossimo passo in questa direzione sarà Lhc (Large Hadron Collider),
il collisore protone-protone attivato 10.9.2008  al Cern di Ginevra

LHC è un progetto del Cern. Il suo nome per esteso è Large Hadron Collider.
Large , così grande che i fisici sono convinti che una macchina così grande
non verrà costruita mai più.
Hadron perché accelera protoni e ioni, particelle della materia che
rientrano nella categoria degli adroni.
Collider perché queste particelle vengono fatte collidere, ovvero scontrare tra loro.

LHC (Large Hadron Collider:Ginevra: 27 Km):
collisione tra protoni (7 Tev + 7 Tev >>> 14 Tev )
9000 magneti raffreddati con elio liquido a meno di 2 K° (resi superconduttori)
due fasci di protoni accelerati ad una velocità prossima a quella della luce suddivisi in pacchetti (3000)
ogni pacchetto (100 miliardi di protoni):dimensioni pochi cm*16 micrometri:
collisione di due pacchetti opposti in quattro punti dell'anello (ove si trovano i giganteschi rivelatori) :30 milioni per incrocio
energia massima per ogni protone circa 7 Tev
circa 600 milioni di collisioni al secondo > migliaia di particelle create per ogni collisione( 2 Tev disponibili su 14 Tev)
probabili bosoni di Higgs :1 ogni 2.5 secondi
circonferenza (ottagono smussato) i 27 Km
acceleratori che preparano alla immissione nell'anello :0.45 Tev
i dati filtrati passano attraverso diversi livelli di analisi (1,2,0,1,2) e vengono registrati in nastri

Struttura
A 100 metri sotto il livello del suolo, LHC corre a cavallo tra
la Svizzera e la Francia in un tunnel circolare lungo 27 chilometri.
Il tunnel era stato costruito per il vecchio acceleratore del Cern, il Lep,
che è stato smantellato nel 2000. LHC però è 100 volte più potente del Lep.
Al suo interno 2 fasci di particelle circoleranno in direzioni opposte
in un vuoto paragonabile a quello dello spazio intergalattico
e a una velocità pari al 99,9999991 % di quella della luce.
Per ottenere questo risultato LHC utilizza 9000 magneti il cui scopo è
mantenere i protoni concentrati in un fascio di spessore inferiore a quello
di un capello e far curvare questi fasci.
I magneti lavorano al freddo, la temperatura all’interno di LHC è
la più bassa che potrete trovare nell’universo: -271 gradi Celsius.
. In quattro punti della circonferenza i fasci vengono fatti scontrare:
lì si aprono enormi caverne che ospitano gli esperimenti,
ovvero i rivelatori di particelle: ATLAS, CMS, ALICE e LHCb.
ATLAS è una macchina lunga 46 metri e alta 25.

vedi diapositiva con powerpoint

Finalità principali di LHC:
verifica, conferma modello standard (protoni, neutroni, elettroni, quark, antiquark...vedi)
ricerca del bosone di Higgs
ricerca natura materia oscura
ricerca su forze fondamentali

Cosa cerca
LHC accelera i protoni e gli ioni per poi farli scontrare ad altissima velocità.
Nello scontro nascono moltissime particelle che vengono
registrate dai rivelatori e analizzate dai fisici.
Ma cosa ci possono rivelare queste particelle?
Il fatto è che molte cose dell’universo ci sono ancora poco chiare.
Ad esempio, perché le particelle elementari sono dotate di massa
e perché le loro masse sono diverse le une dalle altre?
La fisica teorica ha supposto l’esistenza di una particella,
chiamata il bosone di Higgs,
che spieghi questo fatto: l’interazione delle particelle con questo bosone
determinerebbe la loro massa.
ipotetica immagine creazione bosone di higgs

Un altro mistero da svelare riguarda l’antimateria.
L’antimateria è l’immagine speculare della materia:
fisici ritengono che al momento della nascita dell’universo materia e antimateria
siano state prodotte nella stessa quantità.
Quando materia e antimateria si scontravano si annullavano a vicenda.
Oggi però il nostro universo è fatto tutto di materia.
Dove è finita l’antimateria? E perché la materia ha prevalso?

Sempre in tema di questioni irrisolte, c’è il problema della materia oscura.
Secondo i calcoli dei fisici, tutta la materia che noi vediamo
è solo il 4% della massa totale dell’universo.
Per spiegare alcuni effetti gravitazionali, si deve supporre l’esistenza di una materia oscura
e una energia oscura che non possiamo vedere.
Si pensa che l’universo sia composto per il 30% da materia oscura.
Ma dove sono le sue particelle?

E ancora, alcuni fisici teorici ipotizzano che le nostre quattro dimensioni
(le tre conosciute più il tempo) siano troppo poche per descrivere l’universo.
Ce ne sarebbero altre che però non possiamo vedere.
Aumentando l’energia saremo in grado di individuarle?

Gli esperimenti di LHC cercano risposte a queste domande.
Le collisioni tra protoni, infatti, generano un’energia molto intensa,
pari a quella che si poteva misurare qualche frazione di secondo dopo il Big Bang,
l’evento che 14 miliardi di anni fa portò alla genesi dell’universo.
Questo permette a particelle che oggi non ci sono più di tornare in vita.
Ma la loro sopravvivenza dura una piccolissima frazione di secondo,
poi si disintegrano dando vita a particelle conosciute.
Ebbene, gli esperimenti di LHC vogliono vedere
queste particelle prima che scompaiano di nuovo.

esperimenti
ATLAS:ricerca muoni
ALICEstudia collisioni con ioni di piombo,protoni
CMS: ricerca Bonone di Higgs e altre particelle esotiche
LHCb:ricerca quark e antiquark

ILC (International Linear Collider:evita radiazione sincrotrone)
(da progettare):lungo 30 Km (collisione tra elettroni e positroni)
due acceleratori lineari (Linac) da 11.3 km in senso contario a 250 Gev (250 Gev + 250 Gev >>> 500 Gev)

inizio