Fisica adronica e funzioni di struttrura. Luciano Pappalardo

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1 Fisica adronica e funzioni di struttrura Luciano Pappalardo Incontro studenti - Ferrara Ottobre 009

2 Di cosa è fatta la materia? Il Modello Standard delle particelle e delle interazioni elementari

3 Cos è la fisica adronica? La fisica adronica studia le proprietà degli adroni, cioè di quelle particelle subatomiche che, come il protone e il neutrone, sono costituite da quark e sono soggette all interazione forte. Barioni mesoni L interazione forte è una delle 4 interazioni fondamentali del Modello Standard. Da essa dipende il confinamento dei quark all interno degli adroni, ma anche l energia di legame che tiene uniti i nuclei atomici.

4 L interazione forte La cromodinamica quantistica (QCD) è la teoria di gauge delle interazioni forti. La forza che lega i quark dipende fortemente dalla distanza d tra i quark stessi Libertà asintotica: i quark si comportano come particelle libere d 0 QCD d r adroni Confinamento: quark fortemente interagenti e confinati negli adroni regime perturbativo regime non-perturbativo teoria predittiva cruciali conferme sperimentali premio Nobel 004 Gross, Wilczek e Politzer teoria molto complicata calcoli si reticolo (applicazioni limitate) modelli fenomenologici (assunzioni) le proprietà e la struttura degli adroni devono essere determinate sperimentalmente!

5 Il deep-inelastic scattering e xp e' Q x è la frazione dell impulso del protone trasportata dal singolo quark Q quadrato del quadrimpulso trasferito definisce la risoluzione della misura

6 La struttura del protone La composizione interna del protone è descritta dalle funzioni di struttura F ( x, Q ) x e q ( x, Q ) f f f f q f (x) probabilità di trovare quark di tipo f con frazione x dell impulso del protone

7 Lo spin del protone In che modo i costituenti del protone contribuiscono al suo spin totale? S 1 1 ( u v + d v + q s ) ma EMC 30% dello spin totale Spin crisis!!

8 ) q d u ( 1 1 S s v v + + Lo spin del protone In che modo i costituenti del protone contribuiscono al suo spin totale?? Funzione di struttura polarizzata longitud. f f f Q x q e Q x g ), ( 1 ), ( 1 ) ( ) ( ) ( x q x q x q + g z q z s v v L L G ) q d u ( 1 1 S

9 Le funzioni di distribuzione del protone Trasversità Molte ancora mai misurate!!! Campo di ricerca ancora molto attivo e fertile!

10 Dove si studia lo spin del nucleone? CERN LHC RHIC SPS DESY JLAB Juelich Gruppo di Ferrara

11 à Tr as ve rs it e e' Q xp Deep Inelastic scattering p + p δqvalenza ( x) δqmare ( x) grande Molto piccolo p + p δqvalenza ( x) δqvalenza ( x) GSI grande grande Esperimento PAX

12 Il progetto PAX Collider asimmetrico: Protoni polarizzati in HESR (p15 GeV/c) Antiprotoni polarizzati in CSR (p3.5 GeV/c) Ma come si polarizzano gli antiprotoni? Juelich Unpolarized Polarized anti- pbeam Metodo dello spin-filtering Bersaglio di H polarizzato CERN

13 Sviluppo di sorgenti atomiche polarizzate! Ferrara

14 Le tecnologie coinvolte: 1. criogenia. tecniche da vuoto 3. superconduttività 4. microelettronica 5. sviluppo software (analisi dati, simulazioni MC) 6.

15 Proposte di tesi di laurea e dottorato Tesi fenomenologiche: Analisi dati (HERMES, COSY) Simulazioni (CLAS, PAX) Tesi tecnologiche Sviluppo test-bench per rivelatori al silicio ed elettronica associata Caratterizzazione sorgente di fasci atomici (SPINLAB) Sviluppo polarimetria per sorgenti atomiche simulazione MC e sviluppo software per sorgenti polarizzate test per materiali superconduttori ad alta temperatura Persone di riferimento: P. F. Dalpiaz: P. Lenisa: G. Ciullo: M. Contalbrigo:

16 100 anni di esperimenti di scattering 1909: Scoperta del nucleo atomico: Rutherford, Geiger & Marsden E 5 MeV 70 - giorni nostri: Struttura degli adroni Deep Inelastic Scattering Energie GeV e xp e'

17 L importanza dello spin Fisica classica: rotazione di un oggetto intorno al proprio asse (trottola, pianeti, stelle, galassie, ) Fisica quantistica: è una proprietà fondamentale di tutte le particelle ha le caratteristiche di un momento angolare conferisce proprietà magnetiche alle particelle (momento magnetico) definisce la natura (fermione o bosone) delle particelle: FERMIONI SPIN semi-intero Statistica di Fermi-Dirac BOSONI SPIN intero Statistica di Bose-Einstein

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