Viaggio nell'infinitamente piccolo Da Democrito a Higgs: una storia lunga 25 secoli - Pasquale Di Nezza - INFN ...
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Viaggio nell’infinitamente piccolo
Da Democrito a Higgs: una storia lunga 25 secoli
Pasquale Di Nezza
Pasquale.DiNezza@LNF.INFN.IT Corso di Eccellenza, Ferrara, 19/02/20
ατομοσ Demòcrito (Δημόκριτος) di Abdera (Tracia) IV-V sec. AC Discepolo di Leucippo, maestro di Epicuro
ατομοσ
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… ’
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Demòcrito (Δημόκριτος) di Abdera (Tracia) IV-V sec. AC
Discepolo di Leucippo, maestro di Epicuro
Atomo non più ατοµοσ
1897: La comparsa di particelle sub-atomiche gli elettroni
Atomo a
“panettone”
Atomo non più ατοµοσ
Geiger e Rutherford - 1908
L’atomo moderno
L’atomo moderno Purtroppo questo è un concetto superato da oltre 100 anni
L’atomo fino all’inizio del ‘900 L’atomo di Thompson
L’atomo quantistico
L’atomo di
Rutherford
e Bohr
Il nucleo oggi
La struttura del nucleoL’atomo fino all’inizio del ‘900 L’atomo di Thompson
L’atomo quantistico
L’atomo di
Rutherford
e Bohr
Il nucleo oggi
La struttura del nucleo
Oltre l’atomo ci sono molte altre particelleComprendere l’evoluzione del nostro Universo,
dal Big Bang a oggi
Big Bang
13.8 miliardi di anni
Oggi
1028 cmComprendere l’evoluzione del nostro Universo,
dal Big Bang a oggi
Big Bang
Ricreare le condizioni dei primi istanti dell’Universo quando
erano presenti particelle portatrici d’informazione … la
maggior parte decadute pochi istanti dopoFabbriche di particelle gli acceleratori
Fabbriche di particelle: gli acceleratori
LHC al Cern di Ginevra nel 2009La macchina scientifica più grande e
complessa del mondo!Fabbriche di particelle: gli acceleratori
… e a 100 mt di profondità i 4 esperimenti
più grandi del mondo
In tutti c’è un’enorme e importante collaborazione italiana55
Moltissimi giovani!
Oggi:
>3000 studenti di PhD
negli esperimenti all’LHCIl Modello Standard
Il Modello Standard
Fermioni Bosoni
u c t g
Quarks
Mediatori di Forze
up charm top gluone
d s
down
b γ
strange bottom fotone
νe νµ ντ W
Leptoni
e-neutrino µ-neutrino τ-neutrino bosone
e µ τ
elettrone muone tau
Z
bosone
I II III
Famiglie di
materiaL’equazione di Dirac (1928)
Descrive il moto di una particella (elettrone) in ambito quantistico-relativistico:
L’equazione ha sia soluzioni positive che negativeL’equazione di Dirac (1928)
Descrive il moto di una particella (elettrone) in ambito quantistico-relativistico:
L’equazione ha sia soluzioni positive che negative
E>0 EELETTRONE + POSITRONE ANDERSON SCOPRE IL POSITRONE, 1932 Camera a nebbia
Il Modello Standard
Fermioni Bosoni
u c t g
Quarks
Mediatori di Forze
up charm top gluone
d s
down
b γ
strange bottom fotone
νe νµ ντ W
Leptoni
e-neutrino µ-neutrino τ-neutrino bosone
e µ τ
elettrone muone tau
Z
bosone
I II III
Famiglie di
materiaIl Modello Standard
Fermioni Bosoni
u c t g
Quarks
Mediatori di Forze
up charm top gluone Problema delle
d s b γ
down strange bottom fotone
masse (GeV)
175
νe νµ ντ W
Leptoni
e-neutrino µ-neutrino τ-neutrino bosone
0.003
e µ τ
elettrone muone tau
Z
bosone
I II III
Famiglie di ~0
materiaIl Modello Standard
Fermioni Bosoni
u c t g
Quarks
Mediatori di Forze
up charm top gluone Problema delle
d s
down
b γ
strange bottom fotone
masse (GeV)
175
νe νµ ντ W
Leptoni
e-neutrino µ-neutrino τ-neutrino bosone
0.003
e µ τ
elettrone muone tau
Z
bosone
I II III Bosone
Famiglie di di Higgs ~0
materia1964 Brout, Englert e Higgs
† 2011 Nobel 2013 Nobel 2013Questione aperta
10500
Universo Multiverso
Massa dell’Higgs (GeV)
115 140
19Questione aperta
10500
Universo Multiverso
Massa dell’Higgs (GeV)
115 125 140
20Le forze fondamentali ELETTROMAGNETISMO FORZA DEBOLE GRAVITÀ FORZA FORTE
Unificazione delle forze
1
2
3
4
Un Universo generato da un’unica super-forzaUnificazione delle forze
1
2
3
4
Un Universo generato da un’unica super-forzaUnificazione
Regione coperta
da misure
60 gravità
e.m.
50
(Intensità)-1
40
debole
30
20
lor e
co
10
0
1 102 1012 1014 1016 1018
E (GeV)
Indietro nel tempoM.S. Supersimmetrico
Modello Standard+ Supersimmetria
gravità
60
e.m
50 .
(Intensità)-1
40
debole
30
20
10 colore
G.U.
0
1 102 1012 1014 1016 1018
E (GeV)
Indietro nel tempoSiamo arrivati ad un livello di comprensione dell’Universo impensabile solo pochi anni fa. Conosciamo i mattoni della materia e le leggi che ne regolano il funzionamento
Siamo arrivati ad un livello di comprensione
dell’Universo impensabile solo pochi anni fa.
Conosciamo i mattoni della materia e le
leggi che ne regolano il funzionamento
Questioni aperte
-Esiste la Materia Oscura?
-C’è la Supersimmetria?
-Esistono dimensioni spazio-temporali nascoste?
-Esiste l’Energia Oscura?
-Qual è il rapporto Materia / Antimateria nell’Universo?
-…Fisica delle particelle e innovazione
n Interfaccia tra scienza fondamentale e sviluppo
tecnologicoSir William Bragg, 1903
Attraversando la materia,
una particella leggera (elettrone) rilascia energia in modo continuo
una particella pesante (ione) rilascia l’energia quasi tutta in un unico punto
2Sir William Bragg, 1903 Adroterapia
Attraversando la materia,
una particella leggera (elettrone) rilascia energia in modo continuo
una particella pesante (ione) rilascia l’energia quasi tutta in un unico punto
2Il CNAO di Pavia Sala Sincrotrone
LPSC
12
DIPOLISala di trattamento – paziente posizionato
Fisica delle particelle e innovazione
n Interfaccia tra scienza fondamentale e sviluppo
tecnologico
Adroterapia, cura dei tumori con acceleratori di particelle (in Italia a Catania,
Pavia e Trento)
Il WEB è stato inventato al CERN
PET e TAC sono in pratica piccoli rivelatori di particelle
GPS (incertezza ~1 Km) + Relatività Generale (< 1 cm)
Fisica e Beni culturali (Labec dell’INFN a Firenze)
…Nel tempo i fisici sono cambiati …
Le leggi che regolano la natura e le particelle elementari sono
estremamente più complesse di quelle pensate da Democrito …
ma il concetto di “atomo” si è dimostrato valido e funzionale
anche dopo 25 secoli!Nei grandi lavoratori di ricerca si lavora in sinergia,
indipendentemente dalla nazionalità, lingua parlata,
colore di pelle, religione, …
47Nei grandi lavoratori di ricerca si lavora in sinergia,
indipendentemente dalla nazionalità, lingua parlata,
colore di pelle, religione, …
48Se l’importanza della scienza è stata, alcune volte, messa in dubbio è perché gli sforzi della specie umana verso le sue più belle aspirazioni sono stati imperfetti … Soprattutto, è attraverso gli sforzi quotidiani verso la scienza che il genere umano ha raggiunto la collocazione eccezionale che occupa sulla Terra. Noi dobbiamo appartenere a quelli che … credono, invincibilmente, che la scienza trionferà sull’ignoranza e sulla guerra.
Se l’importanza della scienza è stata, alcune volte,
messa in dubbio è perché gli sforzi della specie umana
verso le sue più belle aspirazioni sono stati imperfetti …
Soprattutto, è attraverso gli sforzi quotidiani verso la
scienza che il genere umano ha raggiunto la
collocazione eccezionale che occupa sulla Terra.
Noi dobbiamo appartenere a quelli che … credono,
invincibilmente, che la scienza trionferà sull’ignoranza e
sulla guerra.
Marie Curie, 1926
Pasquale Di NezzaSito di divulgazione scientifica dell’INFN
scienzapertutti.infn.itPuoi anche leggere
