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Fisica delle particelle

CNS1I primi decenni del ‘900 videro un’intensa attività nello studio della struttura dell’atomo. L’osservazione dei decadimenti radioattivi e l’interazione di fasci di particelle con la materia permisero ai fisici di effettuare scoperte fondamentali. Contemporaneamente, grazie allo studio della radiazione cosmica fu possibile osservare particelle fino a quel momento sconosciute. Lo sviluppo tecnologico facilitò successivamente la costruzione di acceleratori, macchine che aumentano l’energia delle particelle facendole viaggiare a velocità prossime a quelle della luce, la massima velocità possibile per qualunque corpo. L’uso di acceleratori ha consentito di esplorare i costituenti fondamentali dei nuclei atomici e di creare nuove forme di materia. Negli acceleratori lineari le particelle vengono fatte urtare contro un bersaglio fisso, mentre negli acceleratori circolari due fasci di particelle accelerati in versi opposti collidono tra loro. Le quantità di energia che le particelle hanno acquistato prima dell’urto vengono convertite, grazie all’interazione, in altre forme di materia rendendo così possibile l’osservazione di nuove particelle.

KLOE-2 (LNF)

KLOE-2 è il principale esperimento dei Laboratori Nazionali di Frascati e rappresenta la prosecuzione dell’esperimento KLOE migliorato con nuovi rivelatori, concentrati di tecnologia d’avanguardia per ampliare le sue potenzialità di scoperta.

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PADME (LNF)

Esistono solide prove astrofisiche che suggeriscono che la maggior parte della materia che forma l’Universo non sia «materia ordinaria» (cioè non costituita da particelle descritte dal Modello Standard). L’ipotesi più popolare tra i fisici è che sia costituita da un nuovo tipo di materia, elettricamente neutra e stabile, che non interagisce (affatto o in modo molto debole) con la materia ordinaria e dunque non produce radiazione elettromagnetica, ovvero sia “oscura”.

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ATLAS (CERN - Ginevra)

ATLAS è il più grande degli apparati previsti a LHC, con una lunghezza di 26 m ed un diametro massimo di 22 m. Queste dimensioni sono dettate dalle altissime prestazioni richieste all’apparato, che punta ad un esame dettagliato e completo dei processi coinvolgenti il bosone di Higgs ed allo studio sistematico delle proprietà dei quark pesanti b e t, che verranno prodotti con alta frequenza nelle collisioni protone-protone.

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BELLEII (KEK - Tsukuba)

Belle II costituisce la naturale prosecuzione degli esperimenti Belle e BaBar iniziati circa 20 anni fa alle B-factories KEKB (Tsukuba, Giappone) e PEP-II (Stanford,U SA), rispettivamente. Questi due esperimenti hanno scoperto la violazione di CP nel sistema dei mesoni B, confermato il meccanismo di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa del mixing dei quarks, e completato un vasto programma di misure di fisica del sapore, sia studiando le particelle contenenti i quarks beauty o charm, che i leptoni τ.

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BESIII (IHEP - Pechino)

L’esperimento BESIII, operativo dal 2008, misura le caratteristiche di eventi prodotti nell’annichilazione di elettroni e positroni in collisione nell’acceleratore BEPCII (acronimo di Beijing Electron Positron Collider), presso il laboratorio IHEP a Pechino.  Il collisore BEPCII produce collisioni con energia totale compresa tra 2 e 4.2 GeV, regione in cui si producono con elevata frequenza particelle dotate di quark c (charm).

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CDF2 – The Collider Detector at Fermilab (Fermilab - Chicago)

CDF ha conquistato molti risultati importanti. Al ’94 appartiene il più famoso: il 26 Aprile la collaborazione CDF, ha annunciato la prima evidenza del quark top. Al 2006 appartiene un’altra importante scoperta: l’oscillazione del mesone Bs. Nel 2008 la grande notizia: il prestigioso premio “Panofsky 2009”, dell’American Physical Society, va ai due italiani Aldo Menzione e Luciano Ristori, leader dei progetti determinanti per le scoperte sopra citate: il rivelatore di vertice di silicio, SVX, ed il Super-processore SVT.

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CMS (CERN - Ginevra)

CMS (Compact Muon Solenoid) è uno dei 4 esperimenti posti lungo il fascio di LHC. Nel 2012 ha annunciato la scoperta del bosone di Higgs, la cosidetta “particella di Dio”. Tale scoperta ha fruttato il premio Nobel ai fisici che la ipotizzarono circa 50 anni prima. La principale linea di ricerca di CMS sono i fenomeni fisici non predetti dal Modello Standard, ma da sue possibili estensioni, come ad esempio la Supersimmetria.

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g-2 – E989

L’esperimento g-2, in fase di costruzione presso il Laboratorio Fermilab (Chicago-IL, USA), si propone di misurare l’anomalia magnetica del muone con una precisione di 1.6×10–10 (0,14 parti per milione), tale da permettere un test estremamente stringente del Modello Standard.  Esso richiederà un campione di dati 20 volte più esteso rispetto all’esperimento precedente al Brookhaven National Laboratory e  una riduzione  di un fattore 3 dell’incertezza sugli effetti sistematici.

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LHCb (CERN - Ginevra)

LHCb è un esperimento dedicato alla studio delle particelle che contengono il quark b. Queste particelle saranno prodotte in grande quantità nelle interazioni fra protoni che avverranno in LHC. Esse saranno prodotte sempre in coppia: una particella contiene il quark b e l’altra contiene l’antiquark b. Lo studio di alcuni decadimenti di queste particelle che avvengono molto raramente può fornire la spiegazione di quale sia il meccanismo responsabile del fatto che viviamo in un universo di materia e non di antimateria.

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NA62 (CERN - Ginevra)

Per cercare nuova fisica, si possono percorrere due strade: una punta ad aumentare l’energia disponibile per produrre e osservare nuove particelle (un famoso esempio di questa fisica “di scoperta” è la ricerca del bosone di Higgs a LHC); l’altra punta a misurare processi finora mai osservati poiché estremamente rari e confrontarli con le previsioni teoriche, NA62 ha appunto lo scopo primario di cercare nuova fisica misurando un decadimento raro del mesone K.

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MU2E (Fermi-Lab - Chicago)

I Laboratori Nazionali di Frascati partecipano al disegno ed alla costruzione dell’esperimento Mu2e al Fermilab negli Stati Uniti, la cui partenza è prevista nel 2020. Secondo il Modello Standard, i muoni decadono in elettroni con un processo a 3 corpi: μ– → e– anti-νeνμ, in cui il numero leptonico totale tra stato iniziale e stato finale è conservato. L’esperimento Mu2e (si legge Mu To e) ricerca il processo di conversione diretta di un muone in un elettrone in presenza di un nucleo di alluminio.

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SHiP (CERN - Ginevra)

La fisica delle particelle oggi si trova in una situazione molto particolare: tutte le particelle del Modello Standard sono state scoperte ed il valore delle masse dell’Higgs e del top sono tali che il Modello Standard potrebbe essere una teoria valida fino alla massa di Planck.

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UA9 (CERN - Ginevra)

Nella fisica delle particelle e delle alte energie il successo della ricerca sperimentale dipende moltissimo dalla qualità del fascio di particelle cariche, sia durante l’accelerazione che l’immissione negli anelli di accumulazione. Solitamente per controllare i fasci di particelle cariche vengono applicati dei campi elettromagnetici di varia origine e configurazione. Una tecnica comune si basa sull’impiego del campo elettromagnetico di dipoli, quadrupoli, wiggler ecc. di grandi dimensioni (numerosi metri nel caso di LHC), e anche di enormi collimatori.

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Ultima modifica: 9 maggio 2017