Introduzione alle attivita dei Laboratori Nazionali di Frascati dell Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

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Cipriano Bernardi
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1 Introduzione alle attivita dei Laboratori Nazionali di Frascati dell Istituto Nazionale di Fisica Nucleare A cura di L.Benussi, P. Gianotti, G.Mazzitelli, C. Petrascu, B.Sciascia con il supporto del Servizio Informazione Scientifica.

Istituto Nazionale di Fisica Nucleare L INFN promuove, coordina ed effetua la ricerca scientifica nel campo della fisica subnucleare, nucleare ed astroparticellare, nonche la

2 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare L INFN promuove, coordina ed effetua la ricerca scientifica nel campo della fisica subnucleare, nucleare ed astroparticellare, nonche la ricerca e lo sviluppo tecnologico necessari alle attivita in tali settori, in stretta connessione con l Universita e nel contesto della collaborazione e del confronto internazionale

3 Sezioni universitarie Milano, Torino, Padova, e Roma 1957 Laboratori Nazionali di Frascati Frascati La nascita dell INFN

4 INFN oggi Legnaro Gran Sasso VIRGO-EGO European Gravitational Observatory 19 Sezioni 11 Gruppi collegati 4 Laboratori Nazionali Laboratori del Sud (Catania)

5 Che cosa si fa ai Laboratori Nazionali di Frascati? Ricerca fondamentale Studi sulla struttura intima della materia Ricerca di onde gravitazionali Elaborazione di modelli teorici Sviluppo e costruzione di rivelatori di particelle Studio e sviluppo di tecniche acceleratrici Studi di materiali e ricerche bio-mediche con luce di sincrotrone Sviluppo e supporto di sistemi di calcolo e reti

6 astrofisica biologia chimica La Storia dell Universo isica nucleare fisica sub-nucleare cosmologia

7 Osservare, sperimentare, classificare, modelli e teorie.. Particelle α P N Foglio d oro e e ancora

8 Osservare Osservare gli oggetti che ci circondano è come fare un esperimento alla Rutherford Nel mondo microscopico bersaglio e sonda hanno dimensioni confrontabili: la misura perturba il campione

9 Vedere l invisibile L atomo di Rutherford Particelle α Foglio d oro

10 I II II Famiglie Famiglie di di materia materia III III Gravit Gravità il il fantasma fantasma dell opera dell opera Il Modello Standard Mediatori di Forze u up d down Fermioni Bosoni ν e e-neutrino e elettrone c charm s strange ν µ µ-neutrino µ muone t top b bottom ν τ τ-neutrino τtau g gluone γ fotone W bosone Z bosone Leptoni Quarks Bosone di Higgs?

11 Le forze fondamentali forza intensità effetto Gravitazionale 1 Vi tiene seduti Debole Decadimenti: n p + e + ν W bosone Z bosone Elettromagnetica Tiene insieme gli atomi γ fotone Forte Tiene insieme i nuclei g gluone

12 Come "vedere" le particelle subatomiche? Una tromba d aria distrugge le case di un villaggio. Gli abitanti delle case distrutte corrono al telefono piu` vicino per chiamare i pompieri. I pompieri registrano la posizione dei telefoni e l'istante delle chiamate. D Dalla posizione dei telefoni e dal tempo intercorso fra le chiamate, si ricostruisce il punto in cui e` avvenuto l'incidente e la velocita della tromba d aria C B A B C D A

13 Come funzionano i rivelatori di Atomi nel rivelatore particelle? Elettrodo positivo + + una particella invisibile passando attraverso il rivelatore ne colpisce gli atomi e libera elettroni. Gli elettroni negativi sono attratti dall elettrodo positivo piu` vicino. Il segnale prodotto e`amplificato e inviato ad un computer. Dalla posizione dell elettrodo e dal tempo di arrivo del segnale, il computer ricostruisce il punto di passaggio della particella. I I rivelatori registrano le le tracce tracce delle delle particelle troppo troppo piccole piccole per per essere essere "viste" "viste" x

14 sincrotrone L osservazione su bersaglio bersaglio Σ Λ LINAC e -,e +,p π +/ p, n, etc rivelatori La materia e vuota Cio che non ha interagito viene perduto Dispendio di energia nel muovere il centro di massa Il bersaglio e complesso.

rivelatore La prima idea di Frascati Bruno Touschek Anello di Accumulazione Le particelle che non interagiscono, possono essere riutilizzate

15 rivelatore La prima idea di Frascati Bruno Touschek Anello di Accumulazione Le particelle che non interagiscono, possono essere riutilizzate al giro successivo Collisione nel centro di massa Le particelle circolanti possono essere sia elementari che complesse (come nuclei o atomi).

16 La seconda idea di Frascati τ + µ - e - e + e - e + µ + E = 2m e µ τ c 2 E = m c 2 Maggiore e l energia piu e piu particelle si possono studiare τ -

17 LHC al Cern di Ginevra nel 2007 I collisori materia-antimateria antimateria DAΦNE ADONE a Frascati nel 1969 ADA a Frascati 1959 LEP al CERN di Ginevra 1988

18 DAΦNE FINUDA

19 La fisica a DAΦNE Dalle collisioni tra elettroni e positroni puo essere prodotto il mesone Φ, che decade immediatamente in altre due particelle, i Kaoni K. I due K possono essere entrambi carichi o neutri. K e + e + e e + e + e + e + e + Φ e e e e e e e e e e K I K sono le particelle usate dai tre esperimenti DEAR, FINUDA e KLOE per i rispettivi obiettivi. La luminosità di DAΦNE, permette di produrre circa K al secondo.

20 DEAR (DAΦNE Exotic Atom Research) Idrogeno Kaonico n=1 p n=2 K - n=25 2p 1s (K α ) X ray of interest L esperimento DEAR studia la forza forte attraverso lo studio degli atomi kaonici (in cui un K ha sostituito un elettrone atomico).

nucleo p p n n n n p p p p p n p n p nλ p n Ipernucleo u s u d u d s u

21 FINUDA (Fisica Nucleare a DAΦNE) L esperimento FINUDA studia la forza forte attraverso l inserimento di un corpo estraneo all interno del nucleo p p n n n n p p p p p n p n p nλ p n Ipernucleo u s u d u d s u d K n Λ π Ecco come appare un evento ipernucleare all interno del rivelatore

22 KLOE studia il rapporto tra materia e antimateria tramite i decadimenti dei Kaoni KLOE (K LOng Experiment)

23 Luce di sincrotrone (DAΦNE-luce) Luce (fotoni) European Synchrotron Radiation Facility Particella carica

24 antenna Butta la pasta! Le onde elettromagnetiche sono prodotte da cariche elettriche in movimento Onde Gravitazionali: un analogia Le onde gravitazionali sono prodotte da masse in movimento

25 Le Onde Gravitazionali Le onde gravitazionali hanno una intensita volte piu piccola di quelle elettromagnetiche

26 La ricerca di Onde gravitazionali: il NAUTILUS Supernova nella nostra Galassia h=10 18 Supernova in Virgo h=10 21 Rumore T=300 K, L=10 16 m Rumore T=3 K, L=10 17 m Rumore T=300 mk L=10 18 m

27 Rivelatori di GW nel mondo

Laboratori Nazionali di Frascati, info: http://www.lnf.infn.

28 Laboratori Nazionali di Frascati, info: ATLAS NAUTILUS ADA e ADONE BTF DAFNE KLOE OPERA DAFNE-L Centro di Calcolo FISA FINUDA DEAR Auditorium

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