Page 1
Gli acceleratori di particelle
Come e perché acceleriamo le particelle
Andrea Messina — Sapienza Università di Roma
23 Febbraio 2016
Page 2
le domande fondamentali
2
1. quali sono i componenti della materia
2. quali sono le forze che determinano le loro interazioni
Page 3
La materia ed i suoi costituenti
3
atomo10-10 m
Page 4
La materia ed i suoi costituenti
4
elettrone3 x 10-15 m
Page 5
La materia ed i suoi costituenti
5
atomo10-10 m
nucleo10-15 mprotone
0.8 x 10-15 m
u u
d
d
quark< 10-17 m
Page 6
La materia ed i suoi costituenti
6
atomo10-10 m
elettrone3 x 10-15 m
nucleo10-15 m
protone0.8 x 10-15 m
u u
dd
quark< 10-17 m
Page 7
cos’è una particella elementareUna particella che non ha, o di cui non conosciamo, la struttura, la chiamiamo elementare.
7
possiede delle proprietà intrinseche che la caratterizzano:
carica elettricaspinmassavita media
Page 8
le particelle elementari
8
materia di cui siamo costituiti
Page 9
materia e anti-materia
9
materia
q=-1s=1/2
m=10-30kganti-materia
e- e+
q=+1s=1/2
m=10-30kg
Page 10
Anti-materia
10
15 anti-elettroni al secondo
4000 anti-elettroni al secondo
Page 11
annichilazione materia anti-materia
11
Page 12
massa ed energia
12
E=mc2E=mc2/ 1-v2/c2
Page 13
energia e velocità
13
equivalente alla massa del protone
equivalente alla massa di 100 protoni
Page 14
temperatura e energia cinetica
14
la velocità di una molecola di idrogeno a 300 oK è di
2.5 km/s << 300’000 km/s
25 oC ~ 25 meV2 centesimi di miliardesimo
della massa del protone
Page 15
e nel nucleo del sole?
15
T = 15’000’000 oKv = 560 km/s
energia di un milionesimo
della massa del protone
Page 16
storia dell’universo
16
Page 17
Gli urti come strumento di indagine
17
Page 18
Gli urti come strumento di indagine
18
si conserva l’energia e la quantità di moto
Page 19
Gli urti come strumento di indagine
19
si conserva l’energia e la quantità di moto
Page 20
esperimento di Rutherford
20
Page 21
esperimento di Rutherford
21
Page 22
come acceleriamo le particelle?
22
Page 23
universo, esplosioni stellari e raggi cosmici
23
Page 24
innanzitutto delle particelle cariche
24
Page 25
poi prendiamo un tubo a “vuoto”
25
Page 26
quindi applichiamo un campo elettrico
26
Page 27
l’acceleratore in ogni casa
27
E ~ KeV
Page 28
per aumentare l’energia
28
Cockcroft-Walton
E ~ MeV
Page 29
aumentiamo l’energia: linac
29
E ~ 100 MeV
Page 30
riduciamo gli sprechi: acceleratori circolari
30
Page 31
la forza di Lorentz
31
R = v mq B
Page 32
il ciclotrone
32
E ~ 80 KeV
Page 33
i magneti
33
B ~ corrente elettrica
Page 35
la legge di Joule
35
P[J]
i [A]
P=Ri2
Page 36
i magneti superconduttori
36
Tc prossima allo zero assoluto!
Page 37
dipolo superconduttore
37
Page 38
gli acceleratori moderni
38
Page 40
l’energia più elevata mai raggiunta
40
13 TeV13’000’000’000’000 eV = 0.000002 Joule
Page 41
l’energia del fascio di protoni di LHC
41
362 MJ
Page 42
magneti
42
8.3 Tesla
Page 43
l’anello
43
27 Km1232 dipoli
12000 A
Page 44
il posto più freddo dell’universo
44
1.9 oK
Page 45
Collisioni
45
40 milioni di incroci al secondo25 collisioni ad incrocio
Page 46
Collisioni
46
25 interazioni pp(ogni incrocio)
1 bosone di Higgs (ogni miliardo di incroci)
Page 47
la sala di controllo
47
Page 49
filmino su LHC
49