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1 Indice Convenzioni usate nel testo Introduzione PARTE PRIMA SULLE SPALLE DEI GIGANTI: L'ANTIMATERIA E LA FISICA DEL XX SECOLO Capitolo primo Albert Einstein e la teoria della relatività 17 La relatività ristretta 18 La relatività generale 21 Capitolo secondo Lo strano mondo della meccanica quantlstica 29 La costante di Planck 29 I quanti del campo elettromagnetico 30 L'atomo di Bohr 31 Le onde di materia 32 L'equazione di Schròdinger 33 II principio d'indeterminazione 34 Le interpretazioni della meccanica quantlstica 36

2 Capitolo terzo PA.M. Dirac, le antiparticelle e la bellezza delle equazioni 41 Le ragioni storiche di una rivoluzione 41 L'equazione di Dirac degli elettroni e positroni 44 Capitolo quarto A caccia di antiparticelle 51 Le scoperte dell'antiprotone e dell'antineutrone 51 Le reazioni tra materia e antimateria 53 La scoperta dell'antimateria nucleare 57 Capitolo quinto Feynman, i campi quantlstici e le particelle che risalgono il tempo 59 La nascita della teoria quantistica dei campi 59 Richard Feynman: professione mago 62 I percorsi spazio-temporali e la somma sui cammini di Feynman 64 L'interazione elettromagnetica vista come scambio di fotoni 67 Particelle che viaggiano indietro nel tempo 68 Campi, materia e radiazione: una nuova visione complessiva 70 PARTE SECONDA UNO SGUARDO AI CAPISALDI DELLA FISICA MODERNA Capitolo sesto Mondi allo specchio e simmetrie infrante 73 Le simmetrie della fisica 73 Rotture delle simmetrie in Natura 76 Capitolo settimo Materia, antimateria e leggi di unificazione della fisica 81 All'interno della materia 81

3 L'unificazione delle forze 84 II Modello Standard 87 I diagrammi di Feynman 88 Dal Modello Standard agli antiatomi 90 Capitolo ottavo Un breve sguardo oltre il tempo e lo spazio: le teorie finali della fisica 95 La Teoria di Grande Unificazione 95 Gravita e meccanica quantlstica 97 La teoria delle stringhe e le extra dimensioni 98 PARTE TERZA L'ANTIMATERIA E LA COSMOLOGIA MODERNA Capitolo nono // tassello mancante: cosa è accaduto all'antimateria? 103 II Big Bang dell'universo 104 La battaglia tra materia e antimateria 108 Le violazioni delle simmetrie nell'universo primordiale 110 Capitolo decimo Alla ricerca di ammassi di antimateria residua nell'universo 113 Come individuare l'antimateria nello spazio profondo 113 II rivelatore AMS 115 Capitolo undicesimo / buchi neri come fabbriche di antimateria 117 Buchi neri e antiparticelle 117 Mini buchi neri: dallo spazio ai moderni laboratori di fisica delle particelle 120

4 PARTE QUARTA APPLICAZIONI ALLA FRONTIERA DELLA FISICA FONDAMENTALE Capitolo dodicesimo La Big Science, gli acceleratori di particelle e i collisori materia-antimateria 125 Un giorno in cui il sole sorse due volte 125 La nascita della Big Science 129 Gli acceleratori di particelle 134 Collisori elettroni-positroni 135 Collisori protoni-antiprotoni 140 Capitolo tredicesimo Una cooperazione scientifica delle Nazioni: il CERN di Ginevra 145 Capitolo quattordicesimo // Large Hadron Collider LHC e la fisica del XXI secolo 149 LHC: la nascita di un gigante 149 Bosone di Higgs, materia oscura, extra dimensioni, asimmetria materia-antimateria 151 Un gioiello della tecnologia 155 Capitolo quindicesimo Le fabbriche di antimateria 157 Perché produciamo antimateria in laboratorio 157 La corsa verso la creazione di atomi di antimateria 160 Studi attuali sull'antimateria fredda in laboratorio 166 I temporali come fabbriche naturali di antimateria 167 Tra scienza e fantascienza: la propulsione spaziale ad antimateria 167

5 Capitolo sedicesimo L'antimateria nella medicina 171 La Tomografia a Emissione di Positroni 172 Le tecniche di adroterapia oncologica con gli acceleratori di particelle 175 Sull'uso dell'antimateria nelle tecniche di diagnostica e di adroterapia 177 APPENDICE Approfondimenti 185 Glossario 197 Breve storia della fisica moderna 203 Ringraziamenti 216 Bibliografia. 217 Indice analitico 223

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