Stelle e Neutrini: il centro del Sole

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1 Stelle e Neutrini: il centro del Sole Marco G. Giammarchi Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Via Celoria Milano (Italy) marco.giammarchi@mi.infn.it 1. Una storia personale 2. I Neutrini 3. il Centro del Sole 4. Rivelazione di Neutrini 5. La fine della storia Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

2 1. Una storia personale.al Liceo Donatelli di Milano (~1976) 1. Una storia personale 2. I Neutrini 3. il Centro del Sole 4. Rivelazione di Neutrini 5. La fine della storia Il libro di Scienze parlava del Sole. Diceva che il Sole produce energia tramite catene di reazioni nucleari, tipo il Ciclo pp (protone-protone). Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

3 Reattore a fusione termonucleare con confinamento gravitazionale Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

4 2. I Neutrini Il neutrino: una particella particolare 1. Una storia personale 2. I Neutrini 3. il Centro del Sole 4. Rivelazione di Neutrini 5. La fine della storia Costituenti fondamentali Neutrini: sono (quasi) privi di massa Neutrini: sono privi di carica elettrica Neutrini: hanno solo interazioni del tipo «nucleare debole» Neutrini: compaiono solo in processi nucleari deboli (decadimento beta) I tre tipi di neutrini Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

5 Costituenti fondamentali della materia: Quark e Leptoni Sono elementari al meglio di m Materia ordinaria Hanno spin e carica ben definiti Costituiscono la materia in condizioni ordinarie Costituiscono le particelle instabili Decadono in particelle stabili M a s s a Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

6 Un esempio semplice: l atomo di deuterio p ( u, u, d) n ( u, d, d) Quark: Cariche frazionarie Spin semi-intero Interazioni elettromagnetiche Interazioni forti m m Quark, elettroni e fotoni sono i Costituenti Fondamentali dell Atomo Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

7 I neutrini e il Decadimento Beta diverse modalità di decadimento beta, un fenomeno classico della radioattività naturale Anche: decadimento beta inverso : Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

8 Sorgenti di Neutrini Sorgenti stazionarie di neutrini sono : 1) Radioattività naturale (raggi beta e neutrini associati). Dal punto di vista astronomico questa situazione si può realizzare in un PIANETA n p + e - + e 2) Reazioni di fusione che coinvolgono decadimenti beta inversi o reazioni simili. Questa situazione può aversi in una STELLA p + p d+ e + + e Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

9 3. il Centro del Sole 1. Una storia personale 2. I Neutrini 3. il Centro del Sole 4. Rivelazione di Neutrini 5. La fine della storia Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

10 Sole: una grande massa di idrogeno con un centro ionizzato, tenuta insieme dalla Gravità. Mean diameter km 109 Earth Mass kg 333,000 Earth Average density kg/m 3 Density Equatorial surface gravity Temperature Luminosity (L sol ) Center (model): kg/m 3 Lower photosphere: kg/m 3 Lower chromosphere: kg/m 3 Corona (avg.): kg/m m/s g 28 Earth Center (modeled): ~ K Photosphere (effective): 5,778 K Corona: ~ K W ~ lm ~98 lm/w efficacy Energia solare che arriva a Terra: 1.36 kw/m² Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

11 Reazioni nucleari nel Sole: il ciclo pp 99,77% 0,23% p + p d+ e + + e p + e - + p d + e 84,7% 13,78% d + p 3 He + 13,8% 3 He + 4 He 7 Be + 0,02% ~ % 7 Be + e - 7 Li + e 7 Be + p 8 B + 3 He+ 3 He +2p 7 Li + p -> + 8 B 8 Be*+ e + + e 3 2 He+p +e + + e Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

12 4. Rivelazione di Neutrini Il Sole produce una energia di: 1. Una storia personale 2. I Neutrini 3. il Centro del Sole 4. Rivelazione di Neutrini 5. La fine della storia P W...e una piccola parte di questa energia proviene da neutrini prodotti nel suo nucleo 1.9% ( Terra) / ( cm 2 s) Ma quale e l energia dei neutrini che arrivano dal Sole? Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

13 Reazioni nucleari nel Sole: il ciclo pp 99,77% 0,23% p + p d+ e + + e p + e - + p d + e 84,7% 13,78% d + p 3 He + 13,8% 3 He + 4 He 7 Be + 0,02% ~ % 7 Be + e - 7 Li + e 7 Be + p 8 B + 3 He+ 3 He +2p 7 Li + p -> + 8 B 8 Be*+ e + + e 3 2 He+p +e + + e Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

14 Flusso dei neutrini prodotti dal Sole,Borexino Misure? Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

15 Schermo costituito da 1700 m di roccia Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

16 Produzione di energia : al centro del Sole. Energia, fotoni, neutrini Energia associata ai fotoni: 200 mila anni di tempo per uscire dal Sole! I neutrini escono dal Sole in 2 secondi! Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

17 I neutrini sono particelle elementari rivelabili per mezzo di urti nucleari con altre particelle Ad esempio: diffusione elastica sugli elettroni del mezzo e v e e e Gli elettroni (carichi!) lasciano un segnale rivelabile Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

18 Interno del rivelatore Borexino al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso 11 m Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

19 Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

20 Questi rivelatori (e altri) hanno reso possibile l Astronomia dei Neutrini 7 Be e 7 Li e E ν = 862 kev (monocromatico) Φ SSM = ν s -1 cm 2 ν e ν x Spettro d elettrone scatterato e x e x ( x e,, ) Sezione d urto cm 2 (@ 1 MeV) Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

21 5. La fine della storia 1. Una storia personale 2. I Neutrini 3. il Centro del Sole 4. Rivelazione di Neutrini 5. La fine della storia Our international Borexino collaboration Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

22 Componenti misurate del flusso di neutrini,borexino Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

23 Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

24 Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

25 La fine di ogni storia è l inizio di una storia nuova Liceo Oriani Ravenna - Febbraio

26 Conclusione il libro di.della Scienze storia del Liceo iniziata aveva al Liceo ragione. Donatelli di Milano (1978) Liceo Oriani Ravenna - Febbraio