L origine della massa e il Bosone di Higgs

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1 L origine della massa e il Bosone di Higgs Da poco più di un secolo sappiamo che in natura il comportamento degli oggetti grandi segue leggi diverse da quello degli oggetti piccoli: gli oggetti grandi possono essere visti senza essere alterati, quelli piccoli no. Una relazione profonda collega i fenomeni su grande scala ai costituenti fondamentali della materia. La frontiera della ricerca di oggi: la struttura su grande scala dell Universo e la fisica delle particelle elementari. Molto è stato capito ma molto di piu` resta ancora da capire; la rivelazione diretta del bosone di Higgs è un passo importante. 1

2 scale di grandezza e strumenti di osservazione Microscopi Canocchiali Telescopi Acceleratori e rivelatori Occhio nudo LE FRONTIERE DELLA FISICA 2

3 storia sintetica dell Universo e della nostra comprensione Il meccanismo di HIGGS 3

4 La velocità di espansione dell Universo Espansione accelerata Espansione rallentata Inflazione: espansione esplosiva L Universo in espansione Il meccanismo di HIGGS 4

5 cosa c è nell Universo? 5

6 cosa sono le particelle che consciamo? 6

7 Possiamo vedere le particelle? i rivelatori di particelle sono strumenti inventati per riuscire a misurare i deboli segnali prodotti dalle particelle subatomiche grazie ai rivelatori le particelle si possono vedere e le loro caratteristiche possono essere misurate analogamente ad un secchio d acqua riempito sopra l orlo che trabocca anche all arrivo di una goccia minuscola, un rivelatore genera un effetto visibile anche al passaggio di una sola particella subatomica singolarmente le particelle sono invisibili, ma quando sono tante si possono vedere anche ad occhio nudo 7

8 Aurore polari e reattori nucleari 8

9 Particelle provenienti dallo spazio Hess Pamela Magic Auger Fermi 9

10 Particelle prodotte in laboratorio CERN LHC In un evento di alta energia vengono prodotte particelle di tutti i tipi; molte decadono immediatamente, altre sopravvivono abbastanza a lungo da interagire con i materiali che attraversano. La ricostruzione completa di un evento richiede la rivelazione delle particelle che sono state prodotte e delle loro caratteristiche. 10

11 Gli acceleratori di paticelle H 11

12 Un moderno esperimento ATLAS COMPASS CMS usa un insieme complesso di rivelatori diversi; la combinazione delle informazioni da essi fornite consente la ricostruzione di tutte le caratteristiche dell evento di interesse 12

13 Particelle diverse sono viste da rivelatori diversi 13

14 I primi rivelatori furono lastre fotografiche 14

15 Poi schermi scintillanti osservati con un microscopio scoperta del nucleo 15

16 La scoperta dei raggi cosmici 16

17 La camera a nebbia 17

18 La scoperta dell antimateria e della seconda generazione di particelle elementari 18

19 La camera a bolle La camera a bolle, ideata da Donald Arthur Glaser nel 1952, e`stata per anni il piu` potente strumento di investigazione delle particelle ionizzanti BEBC (Big European Bubble Chamber) 19

20 La conferma della teoria elettrodebole 1973: la prima grande scoperta in Europa. Gargamelle rivela le correnti deboli neutre La teoria elettrodebole e` confermata Gargamelle Salam ricevera` il Nobel nel 1979 assieme a Weinberg e Glashow 20

21 Rivelatori a scintillazione 21

22 I rivelatori a gas 1908: FIRST WIRE COUNTER USED BY RUTHERFORD IN THE STUDY OF NATURAL RADIOACTIVITY E. Rutherford and H. Geiger, Proc. Royal Soc. A81 (1908) : GEIGER COUNTER SINGLE ELECTRON SENSITIVITY H. Geiger and W. Müller, Phys. Zeits. 29 (1928)

23 CAMERA PROPORZIONALE MULTIFILI VERSAILLES 1968 G. Charpak, Proc. Int. Symp. Nuclear Electronics (Versailles Sept 1968) 23

24 CAMERA PROPORZIONALE MULTIFILI INDUCED CHARGE: 2-D READOUT TIME MESUREMENT: DRIFT CHAMBERS WIRE COUNT: DIGITAL MWPC TIME AND INDUCED CHARGE ON PADS: TIME PROJECTION CHAMBERS 24

25 Il 17 giugno 1976 il fascio nell SPS raggiunge i 400 GeV I fasci alimentano da allora gli esperimenti a bersaglio fisso della zona Ovest (Meyrin) e della zona Nord (Prevessin) Nel 1981 l SPS diventa il primo collider protone-antiprotone 25

26 1983 un evento in UA1 26

27 1984: Nobel Prize Nobel Prize in Physics 1984 "for their decisive contributions to the large project, which led to the discovery of the field particles W and Z, communicators of weak interaction" Carlo Rubbia e Simon Van der Meer 27

28 1990: al CERN Nasce il web Tim Berners Lee La fisica delle particelle ha dato un cotributo fondamentale alla rivoluzione informatica 28

29 George Charpak con una delle grandi camere proporzionali multifili prodotte dal suo laboratorio Fabio Sauli, laureatosi in fisica a Trieste, in una vecchia foto George Charpak viene insignito del Premio Nobel per la fisica nel

30 Sauli inventa nel 1997 le GEM MICROMEGAS Narow gap ( µm) PPC with thin cathode mesh Insulating gap-restoring wires or pillars GAS ELECTRON MULTIPLIER (GEM) Thin metal-coated polymer foils 70 µm holes at 140 mm pitch Rivelatori di nuova concezione Y. Giomataris et al, Nucl. Instr. and Meth. A376(1996)239 F. Sauli, Nucl. Instr. and Methods A386(1997)531 30

31 La TPC dell esperimento ALICE 31

32 La TPC dell esperimento ALICE 32

33 Camere Proporzionali Multifili Speciali Usate per la rivelazione di fotoni Cherenkov per l identificazione delle particelle 33

34 Grandi superfici di fotorivelatori 34

35 e di specchi Fulvio TESSAROTTO 35

36 Rivelatori con microstrip al silicio 36

37 Tracciatori con microstrip a Trieste 37

38 Una tecnologia alla base della scoperta a LHC 38