elettrone
nucleo
protone o neutrone(nucleone)
~ 10- 8 cm~ 10-12 cm
~ 10-13 cm
< 10-15 cm
Quante sono le scatole cinesi ?
Situazione al 1935
Costituenti
6 QUARKS ( up, down) (charm, strange) (top, bottom)
6 LEPTONI (elettrone, neutrino-e) (muone, neutrino-mu) (tau, neutrino-tau)
IL MODELLO STANDARD
Particelle Forza
Forte 8 gluoniDebole W+ W- Z0 Elettromagnetica fotone N.B. La forza di gravità non è inclusa !
Formanogli adroni
Dal 1935 in poi le cose sono cambiate… parecchio !!
Unificate
Le Forze, o interazioni, fra i costituenti vengono descritte nella fisica moderna come effetto prodotto dallo scambio di particelle di tipo forza, i bosoni vettori intermedi.
Modellino meccanico – pattinatori chesi lanciano una palla
Descrizione quantistica –Scambio di particelle virtualidel campo associato
Lo scambio di Energia-Impulso fra costituenti genera una interazione.
La sorgente è la “carica”, il mediatore è il bosone vettore intermedio
| elettrica fotone
“carica” | forte, o di colore 8 gluoni distinti
| debole W+ W- Zo
Acceleratori di particelle
Principio di funzionamento: una d.d.p. applicata fra due elettrodi accelera di moto uniformemente accelerato ioni inizialmente a riposo. L’energia conferita dipende dalla d.d.p. del campo elettrico e dalla quantità di carica elettrica della particella da accelerare.
Ecin = ΔV ∙ Q
Limitazione principale:già a pochi MV si verificano scariche premature (anche nel tubo a vuoto in cui viaggiano le particelle) che abbassano la tensione e ne rendono impossibile il funzionamento.
ΔV+ -
L’energia cinetica di una particellasi può esprimere in elettron-Volt
1 eV = 1.6 ∙ 10 -19 Joule
-+
●
+ - + -
- + - +
Cilindri cavi conduttori
~
Acceleratore lineare
Linac 2 del CERN Courtesy: CERN
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), CA, USA.
280 Freeway
2 miles Linac
Campus
Research yard
Acceleratore lineare di elettroni, costruito frail 1962 e il 1966. Emax = 30 GeV
Ben presto arrivò unrisultato importantissimo
Due protoni vengono fatti urtare fra loro ad alta energia (accelerati da un acceleratore)
Lo studio dei prodotti della collisione ci da informazioniper capire cosa è avvenuto
Cosa avviene concettualmente in un urto tra particelle ?
Nell’urto, una parte dell’energia cinetica dei protonisi trasforma in materia
Ciclotrone
B
m v ²––– = q v B r
Equazione (scalare) di stabilità dell’orbita.
Forza centripetaForza di Lorentz
Un ottimo esempio di tecnologia avanzata, utilizzata ancora oggi nel campo della fisica nucleare e della fisica medica, trattabile classicamente. Il ciclotrone funziona come tale fino a che cisi limita a basse velocita` ( v = 0.27 c ).
La frequenza di ciclotrone non dipende da r e non dipende dalla d.d.p. fra le Dee !L’energia cinetica massima raggiungibile e`
calcolabile classicamente
Ecin = ½ m v ² = q² B² r² / 2m
Nel cuore del Sincrociclotrone (SC) del CERN
I Colliders
Cavità acceleratrice
Magneti dipolari neltunnel di 27 Km
Materia e antimateriae+ e- collidono !!
Il futuro
LHC
Large Hadron Collider
Protone-Protone a 14 TeV
Perché il Modello Standard non risponde a molte domande.
Perché LHC ?
Transverse slice through CMS detectorClick on a particle type to visualise that particle in CMS
Press “escape” to exit
9 domande “scottanti”9 domande “scottanti”
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