Acceleratori di particelle

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Acceleratori di particelle
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Come vengono scoperte le particelle?
Dal punto di vista teorico, le ipotesi, le
teorie, le formule, le dimostrazioni consentono
di ipotizzare lesistenza di particelle. Dal
punto di vista pratico è necessario un lungo
studio di ricerca, di sperimentazioni, di
applicazioni, di molta pratica, di molta
pazienza. Alcuni scienziati aspettano decenni
prima di vedere verificata sperimentalmente una
ipotesi, altri
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le particelle? Cosa sono?
La particella è una parte di qualche cosa, che
compone un elemento più grande essa dovrebbe
essere indivisibile.
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le particelle? Cosa sono?

• Le particelle elementari che compongono
  luniverso si possono distinguere in
• particelle-materia, di tipo fermionico
  (elettroni, neutrini e quark, tutti dotati di
  massa)
• particelle-forza, di tipo bosonico, portatrici
  delle forze fondamentali esistenti in natura
  (fotoni e gluoni, privi di massa, e i bosoni W e
  Z dotati di massa).

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le particelle? Cosa sono?
Il modello standard contempla diverse altre
particelle-materia instabili che esistono in
determinate condizioni per un tempo variabile, ma
comunque brevissimo, prima di decadere in altre
particelle. E poi cè il bosone di Higgs
Relativamente al termine "particella", va
notato che la meccanica quantistica ha superato
la rigida distinzione tra particelle e onde che
aveva caratterizzato la fisica del XIX secolo.
Infatti, nel XX secolo, a partire da Planck e
Einstein, è stato dimostrato che le onde
presentano aspetti corpuscolari mentre la
materia presenta aspetti ondulatori, tra loro
indissolubilmente legati.
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La scoperta dellelettrone (1897), del neutrone
(1932), del protone (1885)
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La scoperta dellelettrone
Le prime prove sperimentali dell'esistenza
dellelettrone si ebbero nel 1860, quando William
Crookes effettuò esperimenti con il tubo di
Geissler, inserendovi due lamine metalliche e
collegandole a un generatore di corrente continua
a elevato potenziale (circa 30 000 V).
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La scoperta dellelettrone
Durante gli anni settanta del XIX secolo, il
fisico e chimico inglese Sir William
Crookes sviluppò il primo tubo catodico con un
vuoto spinto all'interno, dimostrando che i raggi
luminescenti che appaiono all'interno del tubo
trasportanoenergia e si muovono dal catodo
all'anodo. Inoltre, applicando un campo
magnetico, fu in grado di deflettere i raggi. Nel
1879, Crookes avanzò l'idea che queste proprietà
potessero essere spiegate da quella che denominò
"materia radiante" e suggerì che si doveva
trattare di un nuovo stato della materia,
consistente di molecole cariche negativamente che
sono espulse ad alta velocità dal catodo.
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La scoperta dellelettrone
Nel 1896, il fisico britannico J. J. Thomson e i
suoi colleghi J. S. Townsend e H. A. Wilson,
svolsero una serie di esperimenti che
dimostrarono che i raggi catodici fossero
costituiti da singole particelle, piuttosto che
onde, atomi o molecole come si riteneva in
precedenza. 
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La scoperta del neutrone
Nel 1930, in Germania, Walther Bothe e Herbert
Becker osservarono che se le particelle alfa del
polonio, dotate di grande energia, incidevano su
nuclei di elementi leggeri (berillio, boro e
litio), veniva prodotta una radiazione
particolarmente penetrante in un primo momento
si ritenne che potesse trattarsi di radiazione
gamma. Tra il 1931 e il 1932 Irène Curie e il
marito Fréderic Joliot-Curie a Parigi mostrarono
che questa radiazione misteriosa, se colpiva
paraffina o altri composti contenenti idrogeno,
ne provocava l'espulsione di protoni di alta
energia. All'inizio del 1932, il fisico inglese
James Chadwick eseguì una serie di misurazioni
che mostrarono come l'ipotesi dei raggi gamma non
fosse in grado di spiegare completamente i dati
sperimentali. Egli ipotizzò che la radiazione
penetrante del berillio consistesse in particelle
neutre dotate di massa approssimativamente uguale
a quella dei protoni
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La scoperta del protone
Il nome "protone" venne introdotto nel 1920 da
Ernest Rutherford, al quale viene attribuita
tradizionalmente la scoperta, sebbene esperimenti
precedenti, fra cui quelli condotti dai fisici
Eugene Goldstein e Wilhelm Wien (1885) avessero
messo in luce l'esistenza di particelle con
carica  positiva.
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La scoperta del quark (1968)
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La scoperta del quark
La teoria dei quark venne avanzata per la prima
volta nel 1964 da Murray Gell-Mann e George Zweig
che ipotizzarono di poter spiegare le proprietà
di molte particelle considerandole composte da
quark elementari. Ma sperimentalmente ?
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La scoperta del quark
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La scoperta del quark
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La scoperta del quark
Lo Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) è un
laboratorio nazionale statunitense che opera
presso la Stanford University per il dipartimento
dellenergia degli USA. Fu costruito nel 1962 e
si trova sulla Sand Hill Road di Menlo Park, in
California.
Stanford Linear Accelerator Center
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• Gli acceleratori di particelle hanno consentito
  di scoprire tante particelle utilizzando campi
  elettromagnetici ed accelerando sempre di più le
  particelle
• Elettrostatico di Van De Graaff (elettrostatico)
  1931 10-20 MV
• Tandem di Van De Graaff 20-40 MV
• Circuito moltiplicatore o Cockcroft-Walton 1932
  -
• LINAC LINear Accelerators
• Ciclotrone Lawrence 1930 500MeV
• Dagli anni trenta del secolo scorso, la ricerca
  prosegue questa strada
• 5) Sincrotrone 1950-1960
• Uno dei primi grandi sincrotroni operativi è
  stato il Bevatron del Lawrence Berkeley National
  Laboratory, costruito nel 1954. Venne così
  chiamato perché la sua energia iniziale era
  dell'ordine dei 6,3 GeV

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Generatore di CockcroftWalton
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Acceleratore lineare Van de Graaff a stadio
singolo da 2 MeV, aperto per la manutenzione.
(1960)
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Acceleratore lineare Van de Graaf Laboratori
Nazionali del Sud Instituo Nazionale di Fisica
Nucleare Catania - 15 MV Anni 1980
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(No Transcript)
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Le radiazioni piu utilizzate oggi in
teleterapia? sono i quanti del campo
elettromagnetico o. fotoni? ... Vi sono oggi
negli ospedali del mondo piu di 15.000 linac su
un totale di più di 20.000 acceleratori di tutti
i tipi e usi, che accelerano particelle a .....
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(No Transcript)
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Schema di un ciclotrone.
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Diagramma del ciclotrone di Lawrence - Dal suo
brevetto del 1934 Nobel 1939
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Ciclotrone Superconduttore K800 in pieno
esercizio dal 1996 INFN LNS - Catania
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Ciclotrone Superconduttore K800 in pieno
esercizio dal 1996 INFN LNS - Catania
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e ancora oggi continua con LHC Gli sforzi
mondiali si sono concentrati sulla costruzione
del grande acceleratore LHC (Large Hadron
Collider) al CERN, inEuropa. Si tratta di un
incremento notevole nella tecnologia degli
acceleratori e di tutte le tecnologie accessorie
(superconduttività, refrigerazione, rivelatori,
analisi dei dati ecc). La macchina, inaugurata
ufficialmente il 21 ottobre 2008, ha raggiunto
energie di 7 TeV nel 2010, due anni dopo sono
state effettuate collisioni all'energia record di
8 TeV, record che verrà nuovamente superato
nel 2015 quando LHC inizierà a raggiungere la sua
energia finale definitiva 14 TeV e domani?
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Anche nel futuro si continuerà a lavorare con gli
acceleratori. ILC (Giugno 2013)
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(No Transcript)
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Che cosa è un acceleratore? Come è
fatto? Per rompere una particella ci vuole un
urto ad elevatissima energia http//www.treccani
.it/enciclopedia/acceleratori-di-particelle_28Enc
iclopedia_dei_ragazzi29/