Il bosone di Higgs: che cosa è? Come funziona? E a che cosa serve? Stefano Sandrelli INAF Osservatorio Astronomico di Brera

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1 Il bosone di Higgs: che cosa è? Come funziona? E a che cosa serve? Stefano Sandrelli INAF Osservatorio Astronomico di Brera

2 Riassunto: che cosa è la luce? Onda o par5cella? Il fotone. Natura ondulatoria del fotone Fisica classica: à onde ele;romagne5che Effe;o fotoele;rico: energia a pacchea. Nasce il fotone. Esperimento con le due fessure: sovrapposizione dei fotoni.

3 Riassunto: che cosa è un ele;rone? ele;roni: onda o par5cella? Natura ondulatoria delle par5celle Fisica classica: à par5celle elementari, con raggio, massa, carica - Emissioni atomiche: atomo di Bohr. Energie quan5zzate Esperimento con le due fessure: sovrapposizione degli ele;roni

4 Fotone vs ele;rone fotone Massa = 0 Carica = 0 ele;rone Massa = Kg 0,511 MeV Carica (e) = - 1, C Spin = 1 Spin = 1/2 BOSONE FERMIONE

5 La massa e l energia: equivalenza E = mc 2 A ogni par5cella che trasporta un energia E si può associare una massa m tale che: In generale, la massa di una par5cella che si muove non coincide con la massa che si misura quando la par5cella è ferma

6 La massa e l energia: equivalenza massa velocità

7 Joule ed ele;ronvolt Joule 1 J = 6, ev ele;ronvolt 9,8 J 1 kg 1 m V 1 J è l energia di un e;o di pasta che cade da un metro

8 Il modello standard

9 Le forze fondamentali in natura gravitazionale

10 Le forze fondamentali in natura ele;romagne5ca

11 Le forze fondamentali in natura Nucleare debole: decadimen5 del nucleo

12 Le forze fondamentali in natura Nucleare forte: il nucleo

13 10-3 m goccia d acqua MODELLO STANDARD 10-9 m molecola d acqua m atomo di ele;rone idrogeno fotone m protone gluone < m quark?

14 10-3 m goccia d acqua MODELLO STANDARD 10-9 m molecola d acqua m atomo di ele;rone idrogeno fotone m protone gluone < m quark?

15 L idea di bosone

16 Le ques5oni aperte del modello standard Come conciliare la gravità con la meccanica quan5s5ca? Perché le par5celle hanno massa? Perché le par5celle hanno esa;amente quella massa?

17 Di quale massa si parla? P = m g

18 Di quale massa si parla? F = m a

19 Di quale massa si parla? Massa di 1 protone = 938,27 MeV Massa di 1 up Massa di 1 down = 2,4 MeV = 4,8 Mev Il problema non è la massa delle cose Massa di 2 up + 1 down = 9,6 MeV di tua i giorni non è Δm 928 MeV massa di un 1 protone

20 Di quale massa si parla? 2,4 MeV 4,8 MeV < 2,2 ev 0,511 MeV

21 TOP

22 Fe Quark top Ag Au Ir 52 GeV 171 GeV 197 GeV 192 GeV 183 GeV

23 Il bosone di Higgs è un ve;ore di energia, che trasferisce energia tra il campo di Higgs e altre par5celle E E E Par5cella senza massa Campo di Higgs L energia assorbita dalla par5cella diviene la massa della par5cella

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25 Analogia del meccanismo di Higgs, proposta da David J. Miller dell University College di Londra.

26 Analogia del meccanismo di Higgs, proposta da David J. Miller dell University College di Londra.

27 Analogia del meccanismo di Higgs, proposta da David J. Miller dell University College di Londra.

28 Analogia del meccanismo di Higgs, proposta da David J. Miller dell University College di Londra.

29 A chi da massa il bosone di Higgs?

30 Annuncio del 4 luglio 2012 La scoperta

31 I luoghi della scoperta Large Hadronic Collider CERN Ginevra Tunnel so;erraneo: circonferenza m, profondità 100 m

32 CERN - Large Hadronic Collider Tunnel so;erraneo: circonferenza m, profondità 100 m Collisioni p-p: velocità dei protoni % velocità luce Collisione nuclei di piombo E p-p = 14 TeV = ev à 22, J T = diecimila volte più alta del nucleo del sole = K 600 milioni di collisioni al secondo P = atm T = - 271,3 K

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34 ATLAS A Toroidal LHC Apparatus CMS Compact Muon Solenoid lo studio della fisica delle par5celle sulla scala dei TeV (10 12 ev) la ricerca del bosone di Higgs la ricerca di un'evidenza dell'esistenza della supersimmetria la ricerca di nuove dimensioni spazio- temporali

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37 ATLAS ± 0.6 GeV

38 Compact Muon Solenoid p p a 8 TeV

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40 CMS ± 0.6 GeV

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43 ( ) per la scoperta teorica di un meccanismo che contribuisce alla nostra comprensione dell origine della massa delle par5celle subatomiche e che è stato recentemente confermato a;raverso la scoperta della par5cella fondamentale prede;a, dagli esperimen5 ATLAS e CMS al Large Hadron Collider del CERN

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47 Il mondo senza massa

48 Tempo dopo il Big Bang: secondi Diametro dell'universo: 10 metri Temperatura: K Ro;ura di simmetria Tempo dopo il Big Bang: 10-9 secondi Diametro dell'universo: metri Temperatura: K

49 Come funziona? Una transizione di fase

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