Astroparticelle: uno strumento per indagare l universo

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Gaetana Ornella Sacco
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1 Le Donne nella Scienza Astroparticelle: uno strumento per indagare l universo l Ofelia Pisanti Dipartimento di Scienze Fisiche e INFN - Napoli Interazioni fondamentali e Struttura dell Universo Napoli, 10 marzo 2008

2 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 2

3 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 3

4 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 4

5 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 5

6 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 6

7 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 7

8 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 8

9 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. 9

10 L infinitamente piccolo parla con l infinitamente grande Fisica astroparticellare: non solo fisica delle particelle, cosmologia o astrofisica, ma un approccio multidisciplinare. Astro particelle 10

11 Cosmologia L evoluzione dell universo è descritta dalla teoria del Big Bang, secondo la quale si parte da una singolarità iniziale che genera un universo in espansione. 11

Tre le classiche evidenze di questo modello:

12 Cosmologia L evoluzione dell universo è descritta dalla teoria del Big Bang, secondo la quale si parte da una singolarità iniziale che genera un universo in espansione. Tre le classiche evidenze di questo modello: H V = H 0R 0 ~ 70 km s Mpc T = K 1 Y, Y4, Y7 D He Li 12

13 Nucleosintesi primordiale Durante il periodo compreso tra 3 e 20 minuti (circa) dopo il Big Bang, l universo è come un reattore nucleare che produca in grandi quantità tutti gli elementi, a partire dai più leggeri con abbondanze via via decrescenti (con la complicazione ulteriore che le pareti del reattore si stanno allontanando ). protoni e neutroni 10 5 s ~1.5min idrogeno e deuterio 20min quark, elettroni, neutrini, fotoni liberi elio e idrogeno 13

Nucleosintesi primordiale Durante il periodo compreso tra 3 e 20 minuti (circa) dopo il Big Bang, l universo è come un reattore nucleare che produca in grandi quantità tutti gli elementi, a partire

14 Nucleosintesi primordiale Durante il periodo compreso tra 3 e 20 minuti (circa) dopo il Big Bang, l universo è come un reattore nucleare che produca in grandi quantità tutti gli elementi, a partire dai più leggeri con abbondanze via via decrescenti (con la complicazione ulteriore che le pareti del reattore si stanno allontanando ). protoni e neutroni 10 5 s ~1.5min idrogeno e deuterio 20min quark, elettroni, neutrini, fotoni liberi elio e idrogeno 14

15 Nucleosintesi primordiale Durante il periodo compreso tra 3 e 20 minuti (circa) dopo il Big Bang, l universo è come un reattore nucleare che produca in grandi quantità tutti gli elementi, a partire dai più leggeri con abbondanze via via decrescenti (con la complicazione ulteriore che le pareti del reattore si stanno allontanando ). protoni e neutroni 10 5 s ~1.5min idrogeno e deuterio 20min quark, elettroni, neutrini, fotoni liberi elio e idrogeno 15

16 Quanti barioni e quanti fotoni? Le abbondanze degli elementi leggeri formatisi dipendono dal rapporto tra materia e fotoni: una sola quantità determina molte altre! η = n n B γ Se lo scenario standard non funzionasse, dovremmo immaginare una fisica più complessa all opera (un diverso numero di neutrini, un asimmetria tra il numero di neutrini e di antineutrini, regioni dell universo disomogenee, ) 16

17 Il fuocherello dopo il Big Bang L universo, raffreddatosi dopo il Big Bang, conserva traccia dell esplosione primordiale. Nel 1964, A. Penzias e R. Wilson scoprirono il residuo termico del Big Bang, una radiazione omogenea e isotropa a K che permea tutto l universo (CMBR). 17

18 Il fuocherello dopo il Big Bang L universo, raffreddatosi dopo il Big Bang, conserva traccia dell esplosione primordiale. Nel 1964, A. Penzias e R. Wilson scoprirono il residuo termico del Big Bang, una radiazione omogenea e isotropa a K che permea tutto l universo (CMBR). 18

19 Il fuocherello dopo il Big Bang L universo, raffreddatosi dopo il Big Bang, conserva traccia dell esplosione primordiale. Nel 1964, A. Penzias e R. Wilson scoprirono il residuo termico del Big Bang, una radiazione omogenea e isotropa a K che permea tutto l universo (CMBR). La posizione del massimo della curva di corpo nero è collegata alla temperatura. Ancora più importanti del valore medio sono le fluttuazioni rispetto ad esso ( T/T~10-5 ) 19

20 Dalla CMB i parametri cosmologici I picchi nel grafico contengono informazioni fisiche molto importanti. Per esempio, la posizione del primo picco è collegata alla curvatura dell universo, il rapporto fra l altezza del primo e del secondo picco alla quantità di barioni. 20

21 Questione di feeling tra masse Il nostro universo non è più un plasma di particelle distribuite uniformemente. Le strutture che vediamo oggi risultano dalla competizione tra l attrazione gravitazionale sentita dalla materia e la pressione contraria della radiazione. 21

22 Messaggeri dall universo Nel 1912 V. Hess scoprì una radiazione penetrante salendo con un pallone aerostatico a un altezza di circa 5 km. Da quel momento, si aprì una stagione di scoperte per i fisici che studiavano i raggi cosmici. Da dove vengono e come sono prodotti? Come si possono rivelare? 22

un pallone aerostatico a un altezza di 16000

Da quel momento, si aprì una stagione di scoperte

23 Messaggeri dall universo Nel 1912 V. Hess scoprì una radiazione penetrante salendo con un pallone aerostatico a un altezza di piedi. Da quel momento, si aprì una stagione di scoperte per i fisici che studiavano i raggi cosmici. Da dove vengono e come sono prodotti? Come si possono rivelare? 23

24 Grazie per l attenzione! l 24

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