Il mistero della materia: il bosone di Higgs storia di una scoperta raccontata da un protagonista. Dott. Francesco Lo Sterzo

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1 Il mistero della materia: il bosone di Higgs storia di una scoperta raccontata da un protagonista Dott.

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4 Di cosa sono fatte le cose? 4

5 .. e l atomo? 5

6 Cosa lo tiene insieme? In meccanica quantistica la forza tra due particelle e` descritta come lo scambio di una terza particella (un bosone) L interazione avviene grazie allo scambio di particelle

7 Le forze Forza di gravità Forza elettromagnetica Forza debole Forza forte fenomeni astrofisici fenomeni elettrici/ magnetici, proprieta chimiche (+ TV, cellulari, radio...) radioattività stabilità dei nuclei 7

8 Le particelle 8

9 Il Modello Standard cosa significa? Esempio: = s 9

10 Che cosa manca? Il Modello Standard ha dei problemi: non spiega perché le particelle hanno massa (e hanno masse diverse... ) Quindi è una teoria che non descrive fino in fondo la realtà che vediamo. La buttiamo nel cestino? 10

11 Higgs, chi è costui? Higgs propone una teoria per risolvere il problema (e salvare il Modello Standard) 11

12 Higgs, chi è costui? Higgs propone una teoria per risolvere il problema (e salvare il Modello Standard) 1

13 Il bosone di Higgs Il bosone di Higgs è una particella instabile che può decadere in diversi modi H H ZZ eeee H 13

14 Come si studiano queste cose? Le particelle pesanti (instabili) non sono presenti in natura. Per produrle da soli abbiamo bisogno di un acceleratore di particelle Le particelle instabili prodotte poi decadono in nuove particelle stabili: come le misuriamo? Dopo aver misurato queste nuove particelle stabili, come facciamo a capire quale particella instabile le ha prodotte? 14

15 Acceleratore =ABE C8=CD BFD E = mc 15

16 Come funziona un acceleratore di particelle? Come si accelera un corpo? Che tipo di forza agisce sulle particelle cariche? Come si fa a curvarle? 1

17 Rivelatore: ATLAS 45 m 5 m info: km di cavi 7000 tonnellate (come la torre Eiffel) ~100 mln di canali 38 paesi 174 università/istituzioni 17

18 ATLAS

19 Ma le particelle si vedono? 19

20 Dove si trova tutto questo? C.E.R.N. - Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Fondato nel stati membri 7 stati/organizzazioni osservatici Costo annuale: ~800 mln euro <400 staff >10000 scienziati 133 nazionalità coinvolte 08 istituti/università Austria, Belgio, Bulgaria, Repubblica Ceca, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Ungheria, Italia, Olanda, Norvegia, Polonia, Portogallo, Repubblica Slovacca, Spagna, Svezia, Svizzera, Regno Unito (+ Romania, Israele e Serbia) info: 0

21 Acceleratore: Large Hadron Collider (LHC) Frequenza = 40 MHz Lunghezza = 7 km (solo LHC) 808 pacchetti >10 11 protoni per pacchetto T = 1.9 K (< 3 K) vuoto <1 part. in ~00m 3 (< 1 atomo/cm 3 ) 1

22 Cosa fa il C.E.R.N.? Ricerca: cercare e trovare le risposte alle domande sull Universo Tecnologia: spostare in avanti le frontiere della tecnologia Collaborazione: unire le nazioni attraverso la scienza Istruzione: formare gli scienziati di domani

23 Ma cosa succede quando le particelle si scontrano? Non sappiamo quello che succede durante la collisione Un esempio un po piu` semplice.. 3

24 Alea iacta est Prendiamo due dadi e lanciamoli in una scatola Supponiamo di poter sapere soltanto il risultato totale del lancio ma non i risultati dei singoli dadi 4

25 Alea iacta est Due dadi normali: risultato 5

26 Alea iacta est Due dadi normali Uno dei due dadi ha 7 facce, la faccia in piu` ha un altro risultato risultato

27 Alea iacta est risultato 7

28 Higgs iacta est Particelle stabili finali = somma dei due dadi Processo collisione per collisione = valore dei singoli dadi Esiste il bosone di Higgs = un dado ha 7 facce Non esiste il bosone di Higgs = entrambi i dadi hanno facce 8

29 ? 7 Tiriamo i dadi risultato STATO INIZIALE PROCESSO STATO FINALE

30 ? 7 Tiriamo i dadi risultato STATO INIZIALE PROCESSO STATO FINALE

31 ? Tiriamo i dadi risultato STATO INIZIALE PROCESSO STATO FINALE

32 Tiriamo i dadi risultato STATO INIZIALE PROCESSO STATO FINALE ? + 4 3

33 Tiriamo i dadi risultato STATO INIZIALE PROCESSO STATO FINALE

34 .. e scontriamo i protoni STATO INIZIALE PROCESSO STATO FINALE E=mc P ZZ Z + altro tt e e H ZZ e e P 34

35 Cosa vediamo? risultato 35

36 Cosa vediamo? risultato H ZZ eeee H 3

37 37

38 Scoperta! Se tirando due volte una moneta otteniamo due volte testa, possiamo dire che la moneta è truccata? Se invece la tiriamo 1000 volte e esce sempre testa? : collisioni probabilità:

39 Conclusioni Abbiamo visto che cos è il bosone di Higgs e come è stato cercato (e trovato) al CERN di Ginevra Abbiamo visto cos è il CERN e cosa fa.. la scienza è un divertimento per pochi addetti? "La preoccupazione dell'uomo e del suo destino devono sempre costituire l'interesse principale di tutti gli sforzi tecnici. Non dimenticatelo mai in mezzo a tutti i vostri diagrammi ed alle vostre equazioni." A. Einstein e comunque anche dopo aver trovato il bosone di Higgs, le domande aperte sono ancora tante... 39

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