HiLumi LHC FP7 High Luminosity Large Hadron Collider Design Study. Presentation. La scoperta della particella di Dio all LHC del CERN

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1 CERN-ACC-SLIDE HiLumi LHC FP7 High Luminosity Large Hadron Collider Design Study Presentation La scoperta della particella di Dio all LHC del CERN Rossi, Lucio (CERN) 26 January 2013 The HiLumi LHC Design Study is included in the High Luminosity LHC project and is partly funded by the European Commission within the Framework Programme 7 Capacities Specific Programme, Grant Agreement This work is part of HiLumi LHC Work Package 1: Project Management & Technical Coordination. The electronic version of this HiLumi LHC Publication is available via the HiLumi LHC web site < or on the CERN Document Server at the following URL: < CERN-ACC-SLIDE

2 La scoperta della particella di Dio all LHC del CERN Scienza e Fede alla ricerca della verità Distinguished Lecturer 2013 Lucio Rossi CERN

3 L inizio: Padova, Gennaio 1610 «cose mai viste prima»

4 Poi: Manchester la nuova frontiera: l atomo Rutherford (a destra) e Geiger nel laboratorio dell Università di Manchester

5 Cento anni dopo LHC project Cosa è la fisica delle particelle elementari? Perchè cerchiamo i segreti dell infinitamente piccolo? Perchè abbiamo bisogno di tecnologie di frontiera?

6 Fisica delle particelle: verso l infinitamente piccolo Why accelerators? To investigate Particle Physics Accelerators Microscopes Binoculars Optical, radio télescopes La Fisica dele Particelle osserva la materia nella sua più piccola dimensione. Gli acceleratori sono finissimi microscopi: atto-scopi! λ = h/p T = 1 TeV λ m Gli acceleratori sono dei nano-nanoscopi

7 AccelEratorI: macchine del tempo Viaggio indietro nel tempo t µs 1/E 2 Gev T 1 ps per creazione di particelle singole T 1 µs per fenomeni collettivi QGS (Quark-Gluon Soup) In ogni caso poi rimane il compito di spiegare come si arriva alla complessità che si sviluppa nei 13,7 miliardi di anni che seguono... Molto più difficile!

8 Proprio come l astrofisica

9 Per comprendere da dove veniamo 13.7 Miliardi di Anni m Oggi

10 Tavola particelle elementari Modello standard

11 Cosa rimane quindi? LHC project Il modello standard è una buonissima descrizione dellúniverso alla scala delle particelle che conosciamo Ma non risponde a molte domande Perchè tante particelle? Perchè diversi tipi di forza? Cosa è la massa? Perchè le particelle hanno la massa che hanno? i neutrini soo leggerissimi < 1 mev elettrone: 511 ev protone 1 GeV (1 miliardo di ev quark top : 170 GeV!!!! alcune particelle-forza (fotone) non hanno massa altre particelle-forza (Z, W) sono massicci: GeV

12 Il contenuto massa energia dell universo

13 Gli strumenti della HEP 1) Concentrate energy on particles (accelerator) 2) Collide particles (recreate conditions after Big Bang) 3) Identify created particles in Detector (search for new clues) Entrambi richiedono tecnologie di punta (superconduttività, e molte altre)

14 CERN European Organization for Nuclear Research Fondato nel 1954, oggi 20 stati membri Più di utilizzatori da tutto il mondo ~650M di budget annuale 2250 staff permanente 2004: The 20 member states

15 CERN LHC project European Organization for Nuclear Research 2004: The 20 member states

16 CERN: la catena di accelratori H?? 2004: The 20 member states

17 LHC: la macchina, I rivelatori

18 LHC project calcolo e modelli fisica: conoscenza indiretta

19 LHC: le caratterstiche Il Large Hadron Collider (LHC) è il più grande strumento scientifico del mondo per investigare le proprietà della materia Quattro caverne gigantesche ospitano i grandi rivelatori Il più grande e più alta energia di tutti gli accelratori I fasci di particelle collidenti più intensi mai ottenuti Funzionea a una temperatura più fredda del freddo intersiderale

20 Superconduttività e Acceleratori LHC ha una circonferenza di 26.7 km, di cui oltre 24 km di magneti superconduttori operanti a 8.3 T. Gli impianti di criogenia consumano circa 40 MW di potenza elettrica dalla rete. Se LHC non fosse superconduttivo: Utilizzando magneti resistivi operanti a 1.8 T la circonferenza sarebbe di circa 100 km, e il consumo elettrico sarebbe di almeno 900 MW (una centrale nucleare): costi proibitivi di investimento, di operazione e ambientali.

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22 Un progetto ventennale 1250 dipoli (54% costo totale) modelli corti e sei protoptipi per ciascuna delle tre generazioni, costruiti industria/cern/ INFN/CEA 1999: 3x30 magneti pre serie commissionati a tre industrie. Tre contratti di fabbricazione di serie firmati nel Marzo 2002 per 1146 magneti (+30 riserva)

23 Le cui origini sono molto Italiane

24 La costruzioen di LHC è come un concerto

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26 ThE LHC tunnel 1232 main dipoles multipole corrector magnets

27 Barrel Toroid magnet system LHC project

28 a cura di Arch. PhD. Federico Brunetti Federico Brunetti «Gli Anelli del sapere» GLI ANELLI DEL SAPERE - INFN x LHC. Il contributo italiano alla più grande ricerca sulla fisica delle particelle al CERN di Ginevra THE RINGS OF KNOWLEDGE- INFN x LHC. The Italian contribution to the world s largest particle physics research project at CERN, Geneva

29 CMS & ATLAS (immagini «Anelli del Sapere»)

30 10 settembre 2008: la riuscita

31 19 settembre 2008: Il grande guasto: interconnesione Vedere articolo su

32 LHC: la ripartenza: il fascio 13 dicembre 2009 : record TeV 16 bunches

33 LHC: la ripartenza I primi eventi

34 I quarks SONO VERAMENTE ELEMENTARI? An experiment similar to the one carried out by Rutherford exactly Search based on ratio of jet pairs (leading dijets) 100 years earlier R η = η < < η <1.3 Dijets Dijets The observed limit is Λ < 4.0 TeV at the 95% CL Probing sizes < cm

35 Ecco l higgs (probabilmente ) December 2011: hints of Higgs (near 3 σ) Higgs 2 Z 4 µ

36 Run tutto 2012: 5 25 fb -1 per Verficare un ipotesi positiva December 2011: hints of Higgs (near 3 σ) Per confermare Higgs SM a 125 GeV E vedere segnali nuovi?

37 4 Luglio 2012 : l Anncio del bosone

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39 Higgs: c è` Ma la corsa non ha fine La certezza attira verso Troveremo molto altro ma in ogni caso Vogliamo vederci piu chiaro, meglio Cioé accendiamo una luce piu forte LHC ad Alta Luminosità Nel 2011 per esperimento a 7 TeV : miliardi di eventi Nel 2012 a giugno altri miliardi di eventi 8 TeV Nel 2020 avremo raccolto a 14 TeV 30 milioni di miliardi di eventi! Eppure non basta! L urgenza di andare piu in là ci spinge: HL-LHC 300 milioni di miliardi di eventi per cercare particelle piu rare

40 Evolution of the excess with time LHC project Energy-scale systematics not included

41 but that s only the beginning! What s next? LHC project Measure the properties of the new particle with high precision

42 A SuperWorld ahead of us!

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44 Con HL-LHC prepariamo l LHC del : e dopo?

45 Impèlicazioni strutturali della ricerca scientifica La domanda implica una risposta che sempre apre verso un livello di certezza più vero : è senza fine. La conoscenza scientifica è inesauribile. La limitatezza della conoscenza se non vissuta come segno può diventare Ansia di controllo (spesso non riesce e fa scandalo) Paura : segno di mancanza di certezza nel destino

46 Oppure la provvisorietà strutturale delle nostre certezze e la impossibilità ad afferrare il punto ultimo, l «equazione ultima», del nostro essere (ed esserci) apre al Mistero: allora la certezza puo diventare gratuità La libertà del soggetto, nel capire i segni che la realtà attraverso la scienza ci invia, è fondamentale (nemmeno la meccanica quantistica si è fatta da se!)

47 la valorizzazione della comunicazione: 1989 il WEB 2009 la celebrazione Tim Berners-Lee Robert Cailliau

48 Le applicazioni mediche: PET Prima immagine PET CERN, circa 1975

49 Le applicazioni mediche: Risonanza magnetica

50 Adroterapia Oncologica: CNAO a Pavia

51 ITER: L Energia delle stelle Central Solenoid Cryostat Toroidal Field Coil Vacuum Vesse Poloidal Field Coil Blanket Port Plug Major plasma radius 6.2 m Plasma Volume: 840 m 3 Plasma Current: 15 MA Typical Density: m -3 Typical Temperature: 20 kev Fusion Power: 500 MW Machine mass: t (cryostat + VV + magnets) - shielding, divertor and manifolds: 7945 t port plugs - magnet systems: t; cryostat: 820 t Torus Cryopum Divertor

52 Le applicazioni: Trasporto energia

53 L importanza del maestro Il tramandarsi una tradizione tiene viva la domanda grandi scuole di fisica Assicura, aiuta, che l esperienza sia un cammino verso una certezza piu grande con un metodo che è quello di tutte le realtà umane positive: Verifica onesta: esperienza Dedizione, affezione Capacità di lavorare insieme Confronto tra l esperienza e l ipotesi Condivisione risultati: da questo la domanda si alimenta