Antiprotoni polarizzati per lo studio dello spin del protone
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- Daniele Orlando
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1 FP7 - ERC Advanced Grant 2009 PE2: Fundamental constituents of matter Prop Production of Polarized Antiprotons (POLBPAR) Antiprotoni polarizzati per lo studio dello spin del protone P. Lenisa Università di Ferrara, 04 dicembre 2014 Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 1
2 1. Motivazione (fisica) Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 2
3 Cos è lo spin? Rotazione intrinseca di un corpo attorno al proprio asse Lo spin è dappertutto: Astrofisica: Spin delle galassie possibile indicazione di materia oscura Fisica dello stato solido: superconduttività originata da coppie di elettroni con S pair =0 Fisica medica: MRI basata sullo spin-flip del protone Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 3
4 Lo spin è divertente W. Pauli N. Bohr Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 4
5 La nostra visione dell universo MATERIA SPIN 1/2, 3/2 FORZE SPIN 0, 1, 2 N.B. Senza lo spin niente sarebbe come lo vediamo: la materia imploderebbe Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 5
6 Lo spin delle particelle fondamentali Elettrone e protone hanno spin S=1/2 S = 1/2 S = 1/2 ma il protone è un oggetto complicato Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 6
7 Da dove viene lo spin del protone? il protone è un oggetto che pensavamo di conoscere molto bene, ma le cose sono cambiate quando si è messo a ruotare J. Ellis Quarks: Δuv Δdv Δqs Σ Gluoni Σ G Momento angolare (rotazione attorno al centro) Conosciamo il risultato, ma non come e perchè ΔΣ L G q L g Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 7
8 Come si studia il protone? In modo analogo a quanto avviene per la visione: Bombardandolo con particelle ad alta energia e vedendo ciò che succede Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 8
9 Come si studia il protone? Gli acceleratori di particelle sono i microscopi con cui si studiano i costituenti fondamentali della materia Lunghezze d onda più corte l=h/p Per aumentare la risoluzione del microscopio bisogna aumentare l energia delle particelle incidenti Energie più elevate Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 9
10 Come si studia lo spin? Bisogna che il fascio o il bersaglio siano polarizzati. In un fascio non polarizzato: gli spin sono orientati in tutte le direzioni In un fascio polarizzato: tutti gli spin sono orientati nella stessa direzione Fascio non polarizzato Fascio polarizzato
11 Cos è un antiprotone? E una particella di antimateria (nessuna arma di distruzione di massa!) Nulla di speciale per un fisico: E (come) un protone con carica negativa (si produce negli acceleratori) P.S. Uno dei misteri dell universo è perché siamo fatti di materia e non di antimateria Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 11
12 La sfida: polarizzare un fascio di antiprotoni ANNICHILAZIONE PROTONE-ANTIPROTONE Un efficiente metodo di indagine della struttura del protone p antip COME SI POLARIZZA UN FASCIO DI ANTIPROTONI? Un pò come funzionano gli occhiali da sole. Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 12
13 La sfida: polarizzare un fascio di antiprotoni ANNICHILAZIONE PROTONE-ANTIPROTONE Un efficiente metodo di indagine della struttura del protone p antip COME SI POLARIZZA UN FASCIO DI ANTIPROTONI? Un pò come funzionano gli occhiali da sole. L effetto del filtro Polaroid è ottenuto tramite un bersaglio di Idrogeno polarizzato SFIDA scientifica e tecnologica mai realizzata prima! Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 13
14 2. La squadra Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 14
15 Istituzioni partecipanti al progetto Forschungszentrum Jülich Insitut für Kernphysik (Germania) Principal Investigator: Prof. Dr. H. Ströher (Direttore Istituto Fisica Nucleare) Riconosciute competenze a livello mondiale in: Fisica degli acceleratori e dei fasci polarizzati di particelle Disponibilità di un acceleratore di particelle di caratteristiche adatte Università di Ferrara Dipartimento di Fisica (Italia) Responsabile Scientifico: (Prof.) Dr. P. Lenisa Riconosciute competenze a livello mondiale in: Fisica dei bersagli polarizzati Tecnologie legate alla polarizzazione. Joint Insitute of Nuclear Physics Dubna (Russia) Responsabile Scientifico: Prof. A. Kulykov Riconosciute competenze a livello mondiale in: Fisica degli acceleratori e dei sistemi di raffreddamento dei fasci Analisi dati di esperimenti con polarizzazione La squadra raccoglie l esperienza mondiale del settore. R.S. presentano riconosciuta esperienza in gestione gruppi di ricerca internazionali. Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 15
16 Eccellenza tecnologica a Ferrara Officina meccanica e laboratori del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 16
17 Eccellenza tecnologica a Ferrara Il polarizzatore: bersaglio di idrogeno polarizzato Gli occhi del fisico: Rivelatori al silicio Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 17
18 3. La sperimentazione Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 18
19 Il luogo della sperimentazione Forschungszentrum Jülich (Germany) Centro di ricerca interdisciplinare (2500 tra ricercatori e personale amministrativo) Premio Nobel per la Fisica nel 2007 per la spintronica (elettronica con lo spin) Institut für Kernphysik Acceleratore: anello di accumulazione COSY (lunghezza m, energia 45 MeV) AD ring at CERN New facitlity FAIR (Darmstadt, Germany) Progetto POLPBAR e spin del protone 19
20 La misura Spin-flipper Rivelatore p Polarizzatore COSY ring Pietra miliare per il campo di ricerca: Pubblicata su rivista internazionale 20
21 4. Gestione Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 21
22 Qualche numero Durata progetto: 5 anni ( ) Estensione (a costo zero) richiesta fino Finanziamento totale progetto 2.5 M 1.8 M risorse umane 0.7 M materiale di consumo Richiesta rimodulazione 0.3 M durante il progetto Risorse fornite dalle istituzioni partecipanti (apparati ed impianti): 10 M Università di Ferrara Finanziamento: 800 k (solo risorse umane) Supporto per circa 200 mesi/persona (100 mesi/uomo mesi/donna) CoCoCo per ricercatori stranieri 2 post-docs tedeschi (totale: 4 anni) 1 post-doc svedese (totale: 3 anni) Assegni di ricerca per ricercatori italiani (e stranieri) 4 post-docs italiani (totale: 10 anni) 1 post-doc tedesco Attività di disseminazione e formazione: 30 presentazioni a congressi e conferenze internazionali 2 tesi di dottorato 3 tesi di laurea magistrale Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 22
23 Rendicontazione e contratti La gestione informatica del progetto ha avuto un sensibile sviluppo durante il progetto La rendicontazione è attualmente assai agevole per quanto riguarda: Time-sheets Prospetti consuntivi pagamento contratti L ERC ha fornito motivazione ed impulso per una importante modifica al regolamento di Ateneo sull attribuzione degli assegni a ricercatori stranieri. La procedura di equivalenza dei titoli che prima doveva essere sottomessa al MIUR ora viene gestita dai Dipartimenti competenti Si apre una reale alternativa al CoCoCo per i ricercatori stranieri Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 23
24 Georg Christoph Lichtenberg ( ) Man muß etwas Neues machen, um etwas Neues zu sehen. Devi creare qualcosa di nuovo se vuoi vedere qualcosa di nuovo Grazie all Ufficio Ricerca Internazionale dell Università per la cortese disponibilità ed il supporto P. Lenisa Search for EDM in Storage Rings 24
25 Nuova proposta Horizon Call: H2020-INFRADEV Topic: INFRADEV Type of action: RIA Proposal number: Proposal acronym: EDM Novel precision storage rings for Electric Dipole Moment searches Istituzioni coinvolte: Forschungszentrum-Jülich, Jülich (Germania) Rheinisch-Waestfaelische Technische Hochschule, Acquisgrana (Germania) Università degli Studi di Ferrara, Ferrara (Italia) Tbilisi State University, Tbilisi (Georgia) Uniwerystet Jagellionski, Cracovia (Polonia) Centre National de la Recherche Scientifique, Parigi (Francia) L obiettivo è di aiutare a rispondere alla domanda: Perchè l universo è fatto di materia (e non di antimateria)? Paolo Lenisa Progetto POLBPAR e spin del protone 25
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