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1 ma: serve a qualcosa?

2 ma: serve a qualcosa? Michael Faraday ( ): a proposito dei suoi studi sull induzione elettromagnetica, rispose al Primo Ministro Sir Robert Peel: I know not, but I wager that one day your government will tax it.

3 ma: serve a qualcosa? Michael Faraday ( ): a proposito dei suoi studi sull induzione elettromagnetica, rispose al Primo Ministro Sir Robert Peel: I know not, but I wager that one day your government will tax it. Parafrasando, Dirac e Anderson avrebbero potuto dire, sull anti-materia: Non lo so, ma scommetto che un giorno sarà oggetto di contrattazione tra i vostri amministratori pubblici...

4 dalla stampa locale, recentemente: 19

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7 dalla stampa locale, recentemente: Pet =? 19

8 dalla stampa locale, recentemente: Pet =? Positron emission tomography 19

9 Tomografia ad Emissione di Positroni 20

10 Tomografia ad Emissione di Positroni 20

11 Tomografia ad Emissione di Positroni 20

12 Tomografia ad Emissione di Positroni 20

13 positroni da sorgenti radioattive Decadimenti beta+ da nuclei radioattivi sotto la linea di stabilità: un protone di troppo nel nucleo, si trasforma in neutrone, emettendo un positrone p ne + ν e 21

14 positroni da sorgenti radioattive Decadimenti beta+ da nuclei radioattivi sotto la linea di stabilità: un protone di troppo nel nucleo, si trasforma in neutrone, emettendo un positrone 50 F Decay p ne + ν e F 9 protons, 9 neutrons O 8 protons, 10 neutrons Positron 21

15 ciclotroni e radioisotopi medicali produzione di F con ciclotrone FD-glucosio 22

16 ciclotroni e radioisotopi medicali F Production in Cyclotron Target material: O water F Production in Cyclotron O water amount: ~1.5 H + ml/target: may be reused Carbon-11, Nitrogen-13, Oxygen-15, Fluorine- Bombardment time: Proton Up to 2 hours F- in FDG (fluorodeoxyglucose) Cyclotron energy: 16.5 MeV Amount F produced: ~6500 mci at EOB Nuclear reaction: O (p, n) F produzione di F con ciclotrone O F 8 protons, 10 neutrons 9 protons, 9 neutrons Neutron FD-glucosio Cyclotron Operation Ion source in form of H 2 H 2 passes over discharging cathode tube Negative ions generated in center Alternating voltage accelerates 22ions Magnetic field keeps ions in orbit; orbit

17 ciclotroni e radioisotopi medicali F Production in Cyclotron otron System Overview Target material: O water F Production in Cyclotron O water amount: ~1.5 H + ml/target: may be reused Carbon-11, Nitrogen-13, Oxygen-15, Fluorine- Bombardment time: Proton Up to 2 hours F- in FDG (fluorodeoxyglucose) Cyclotron energy: 16.5 MeV Amount F produced: ~6500 mci at EOB Nuclear reaction: O (p, n) F produzione di F con ciclotrone O F 8 protons, 10 neutrons 9 protons, 9 neutrons Neutron FD-glucosio 13 GE PETtrace 8 21 Cyclotron Operation clotron Operation Ion source in form of H 2 H 2 passes over discharging cathode tube Negative ions generated in center Alternating voltage accelerates 22ions Magnetic field keeps ions in orbit; orbit

18 ciclotroni e radioisotopi medicali F Production in Cyclotron otron System Overview Target material: O water F Production in Cyclotron O water amount: ~1.5 H + ml/target: may be reused Carbon-11, Nitrogen-13, Oxygen-15, Fluorine- Bombardment time: Proton Up to 2 hours F- in FDG (fluorodeoxyglucose) Cyclotron energy: 16.5 MeV Amount F produced: ~6500 mci at EOB Nuclear reaction: O (p, n) F produzione di F con ciclotrone O F 8 protons, 10 neutrons 9 protons, 9 neutrons Neutron FD-glucosio 13 GE PETtrace 8 21 Cyclotron Operation clotron Operation Ion source in form of H 2 H 2 passes over discharging cathode tube Negative ions generated in center Alternating voltage accelerates 22ions Magnetic field keeps ions in orbit; orbit

19 ciclotroni e radioisotopi medicali F Production in Cyclotron otron System Overview F FDG Target material: O water F FDG F Production in Cyclotron Nuclear reaction: O (p, n) F O F FDG: Future of Nuclear Medicine 2 produzione di F con ciclotrone O water amount: ~1.5 H + ml/target: may be reused Carbon-11, Nitrogen-13, Oxygen-15, Fluorine- Bombardment time: Proton Up to 2 hours F- in FDG (fluorodeoxyglucose) Cyclotron energy: 16.5 MeV Amount F produced: ~6500 mci at EOB 8 protons, 10 neutrons F 9 protons, 9 neutrons Neutron FD-glucosio 13 F FDG GE PETtrace 8 21 Cyclotron Operation 3 clotron Operation Ion source in form of H 2 H 2 passes over discharging cathode tube Negative ions generated in center Alternating voltage accelerates 22ions Magnetic field keeps ions in orbit; orbit

20 ciclotroni e radioisotopi medicali F Production in Cyclotron otron System Overview F FDG Target material: O water F FDG F Production in Cyclotron Nuclear reaction: O (p, n) F O F FDG: Future of Nuclear Medicine 2 produzione di F con ciclotrone O water amount: ~1.5 H + ml/target: may be reused Carbon-11, Nitrogen-13, Oxygen-15, Fluorine- Bombardment time: Proton Up to 2 hours F- in FDG (fluorodeoxyglucose) Cyclotron energy: 16.5 MeV Amount F produced: ~6500 mci at EOB 8 protons, 10 neutrons F 9 protons, 9 neutrons Neutron 50 GE PETtrace F FDG F Decay 8 FD-glucosio decadimento radioattivo Cyclotron Operation 3 clotron Operation Ion source in form of H 2 H 2 passes over discharging cathode tube F Negative ions generated in center 9 protons, 9 neutrons Alternating voltage accelerates ions 22 Magnetic field keeps ions in orbit; orbit O 8 protons, 10 neutrons Positron

21 OK, sappiamo molte cose sull anti-materia, ma sorgono nuovi interrogativi, ad esempio: 23

22 OK, sappiamo molte cose sull anti-materia, ma sorgono nuovi interrogativi, ad esempio: la forza di gravità agisce allo stesso modo su materia e anti-materia? 23

23 OK, sappiamo molte cose sull anti-materia, ma sorgono nuovi interrogativi, ad esempio: la forza di gravità agisce allo stesso modo su materia e anti-materia? gli anti-atomi hanno la stessa chimica degli atomi? 23

24 OK, sappiamo molte cose sull anti-materia, ma sorgono nuovi interrogativi, ad esempio: la forza di gravità agisce allo stesso modo su materia e anti-materia? gli anti-atomi hanno la stessa chimica degli atomi? attorno a noi vediamo quasi solo materia: dov è andata a finire l anti-materia??? 23

25 anti-atomi di anti-idrogeno Esperimento ATHENA al CERN 24

26 anti-atomi di anti-idrogeno Esperimento ATHENA al CERN prossime sfide: 24

27 anti-atomi di anti-idrogeno Esperimento ATHENA al CERN prossime sfide: intrappolamento di atomi neutri abbastanza a lungo per: misure di gravità studi spettroscopici di assorbimento ed emissione di radiazione elettromagnetica 24

28 anti-atomi di idrogeno Esperimento ATHENA al CERN prossime sfide: intrappolamento di atomi neutri abbastanza a lungo per: misure di gravità studi spettroscopici di assorbimento ed emissione di radiazione elettromagnetica 25

29 Antimateria primaria nei raggi cosmici? anti-particelle provenienti da distanti anti-galassie? 26

30 Antimateria primaria nei raggi cosmici? anti-particelle provenienti da distanti anti-galassie? all esterno dell atmosfera dovremmo osservare flussi anomali di: anti-particelle raggi gamma, da annichilazioni alle frontiere tra zone dominate rispettivamente da materia e anti-materia 26

31 Antimateria primaria nei raggi cosmici? missioni spaziali, importanti contributi da Trieste (UniTS e INFN) 27

32 Antimateria primaria nei raggi cosmici? missioni spaziali, importanti contributi da Trieste (UniTS e INFN) 27

33 Spiegazioni alternative? 28

34 Spiegazioni alternative? L antimateria può essere sparita dal nostro universo a causa di una imperfetta specularità rispetto alla materia, sopravvissuta in piccola parte 28

35 Spiegazioni alternative? L antimateria può essere sparita dal nostro universo a causa di una imperfetta specularità rispetto alla materia, sopravvissuta in piccola parte un indizio: la radiazione cosmica di fondo (circa 10 miliardi di fotoni per ogni protone o neutrone) 28

36 Spiegazioni alternative? L antimateria può essere sparita dal nostro universo a causa di una imperfetta specularità rispetto alla materia, sopravvissuta in piccola parte un indizio: la radiazione cosmica di fondo (circa 10 miliardi di fotoni per ogni protone o neutrone) in questo caso la spiegazione va ricercata nelle interazioni delle particelle elementari! 28

37 universo primordiale materia: antimateria

38 universo primordiale materia: antimateria

39 universo primordiale materia: antimateria matrimonio a coppie particella-antiparticella e annichilazione in fotoni 30

40 universo primordiale materia: antimateria matrimonio a coppie particella-antiparticella e annichilazione in fotoni 30

41 universo attuale materia: 1 (noi) + fotoni (fondo cosmico) universo attuale 31

42 universo attuale materia: 1 (noi) + fotoni (fondo cosmico) universo attuale qual è l origine di questa piccola ma importante asimmetria materia-antimateria, di circa 1 parte per ?? 31

43 materia e anti-materia Piccole asimmetrie nei decadimenti dei mesoni B, previste teoricamente (Nobel 2008 a Kobayashi e Maskawa) Osservate dagli esperimenti BaBar a SLAC in California, Belle a KEK in Giappone B 0 K + π B 0 K π + mondo anti-mondo 32

44 materia e anti-materia Piccole asimmetrie nei decadimenti dei mesoni B, previste teoricamente (Nobel 2008 a Kobayashi e Maskawa) Osservate dagli esperimenti BaBar a SLAC in California, Belle a KEK in Giappone B 0 K + π B 0 K π + mondo anti-mondo L anti-mondo a livello microscopico sembra proprio essere una copia speculare, ma deformata, del nostro mondo. Ma: le differenze di comportamento osservate spiegano solo parzialmente l asimmetria tra materia e antimateria... la caccia è ancora aperta! 32

45 prossimi esperimenti SuperKEKB Belle II 33

46 prossimi esperimenti SuperKEKB Belle II Su questi temi la ricerca continua, all LHC del CERN di Ginevra, e nell esperimento Belle II in preparazione a KEK in Giappone 33

47 prossimi esperimenti SuperKEKB Belle II Su questi temi la ricerca continua, all LHC del CERN di Ginevra, e nell esperimento Belle II in preparazione a KEK in Giappone 33

48 prossimi esperimenti SuperKEKB Belle II Su questi temi la ricerca continua, all LHC del CERN di Ginevra, e nell esperimento Belle II in preparazione a KEK in Giappone Incognite... 33

49 Conclusioni sull antimateria, sulla materia e sulle interazioni fondamentali sappiamo già molto ma restano molte cose importanti da capire: ad esempio, perchè è sopravvissuta un po di materia (abbastanza da costituire il nostro universo!) l antimateria ha applicazioni pratiche! quanto ai timori di Dan Brown... 34

50 Angels and Demons di Dan Brown Un grammo di antimateria? non è così facile...! Un grammo di antiprotoni: antiprotoni Un grammo di positroni: positroni Produzione record a Fermilab: p / anno grammi / anno 35

51 Angels and Demons di Dan Brown 36

52 Angels and Demons di Dan Brown Tutti gli antiprotoni prodotti fin qui terrebbero accesa una lampadina di pochi watt solo per pochi minuti... Per accumulare 1 grammo di antiprotoni a Fermilab: di anni! (e: dove li mettiamo?) Per immagazzinare energia e costruire bombe: inefficiente e impraticabile donʼt worry! 36

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