Le ricerche dell’ateneo friulanopresso la NASA e il CERN

Alessandro De AngelisUniv. di Udine e INFN Trieste

www.ud.infn.it/~deangeli

Belluno, novembre 2001

Copia pdf del seminario si trova in www.ud.infn.it/~deangeli/test/belluno.pdf

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Sommario

n Archeologia (come e dove le cose sono iniziate)

n Fisica agli acceleratori: dalle camere a bolle alla rivoluzione elettronica

n La frontiera di oggi: astroparticelle

n Dove le cose ritornano ?

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Gli inizi della fisica delle alte energie

n 1900: Esperienza di Rutherford(schema: particelle prodottein laboratorio urtano un bersaglio)

n 1912: Elettroscopio di Hess(schema: si utilizzano i raggi cosmici)

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I primi anni

n Negli anni ’30 e ’40, le due tecniche convivonon Grandi scoperte da raggi

cosmici fotografati su emulsioni fotografiche

n Ben presto tuttavia la tecnica degli acceleratori di particelle si avvia a prendere il sopravventon Si conosce l’energia e il tipo di

particelle incidenti n La tecnica ha i suoi sviluppi piu’

importanti negli USA

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Antonio Rostagni a Padova

n Negli anni precedenti la seconda guerra mondiale, la maggior parte dei grandi fisici italiani e’ costretta dalle leggi razziali (o dalla solidarieta’) ad emigrare negli Stati Uniti

n Subito dopo la fine della guerra, Edoardo Amaldi riorganizza la fisica italianan Consiglia a Padova un professore

dell’Universita’ di Messina, Antonio Rostagni

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Il centro della Marmolada

n Rostagni e’ pieno di entusiasmo e si da’ da fare…

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E quindi uscimmo a riveder le stelle…

n Il laboratorio della Marmolada diviene uno dei poli della ricerca fondamentale mondialen Visita di Enrico Fermi

n Si formano giovani che daranno importanti contributi alla fisica italiana del dopoguerra (Cresti, Guerriero)

n Il tutto in uno spirito di semplicita’, entusiasmo e buonumore

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Anni ’55 – ’80 : si torna sottoterra

n I fisici “di grido” emigrano nei laboratori (Argonne, Brookhaven, LBL, Stanford, CERN, FNAL…) dove sono disponibili grandi acceleratori per le osservazioni

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Un intermezzo: che cosa vuol dire “osservazioni ?”

n La fisica costruisce modelli che spiegano la natura (o meglio le nostre osservazioni della natura, o meglio ancora le osservazioni della nostra interazione con la natura)

n Conosciamo il mondo principalmente attraverso i nostri occhi, sensibili a una banda di frequenze centrata sulla frequenza di emissione del sole

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L’informazione raccolta dai nostri occhi

n Ci ha consentito di vivere in una natura ostile

n Ci da’ piacere, ci fa sentire parte dell’universo

n E’ lenta, limitata, incompleta

n Negli ultimi secoli assistiamo a un’accelerazione della scienza (della storia)n Valutiamo piu’ informazione, piu’ velocementen Questo si riflette sul modo in cui acquisiamo ed elaboriamo

informazione, nel piccolissimo come su scale cosmologiche

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Test: siete bravi fisici delle particelle?

Prova anche tu! Trova la forma del bersaglio nascosto dalla nuvoletta nera...

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Soluzione...

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Camere a bolle

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Charpak e la camera a fili

n Ora l’informazione e’ facilmente digitalizzabile (ossia: traducibile in numeri) !

n La camera a fili apre la porta all’uso del computer per l’analisi dei dati in fisica fondamentale

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Rubbia e la rivoluzione elettronica

n UA1, Rubbia ‘80 : un grande esempio di uso delle tecnologie di punta (105 canali di elettronica)

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Qui l’universita’ di Udine comincia agiocare un ruolo importante...

n Anni ‘80: si comincia a pensare a professionisti dell’informatican Simulazioni n Event displaysn Dopo il ‘92, interfacce Web

n Molti studenti dell’ateneo friulano vanno a Ginevra;alcuni si sono sistemati li’n In particolare i bellunesi…

n L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) hafiducia in noi: con importanti finanziamenti ci haaiutato a partire e oggi ci aiuta crescere

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La seconda generazionebasata sui computers

n Gli esperimenti di fine XX secolo : ~ 106 canali di elettronica, > 1 int./secondo (DELPHI, Ugo Amaldi ’90)

n Data Summary Tapes di 107 eventi, ~1000 GBytes

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Il prossimo futuro

n Nel prossimo futuro (2007-) aspettiamo un altro fattore 1000…

n …impossibile “vedere” gli eventi senza il computer

TROPPO PICCOLI E TROPPO COMPLESSI

Fisica Computazionale a Udine: enfasi sull’analisi dei dati

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Le infrastrutture e l’elaborazione dell’informazione

n Tecnologie di punta nell’immagazzinamento dei dati e nell’elaborazione dell’informazioneByproducts come il World Wide Web

n …e dimenticatevi Matrix: ora arriva GRID

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Altissime energie

n Ma gli acceleratori sono limitati…

Le scale dei tempi e i costi si stanno dilatando…

Le collaborazioni diventano sempre piu’ grandi...n Circa il 10% dei fisici delle alte energie tornano ai raggi

cosmicin Altissime energie, eventi inspiegati

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Fisica dei costituenti elementari:una linea per il futuro

n Per andare oltre, acceleratori grandi come le stelle e le galassie...

n Ma ci sono acceleratori grandi come le stelle e le galassie: sono le stelle e le galassie stesse

n Dall’Universo, raggi di energia 108 volte > di quelli che l’uomo riesce a produrre

n NASA, ESA: cercare l’infinitamente piccolo nell’infinitamente grande

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Inoltre: ci sono oggetti invisibili (e dominano la materia dell’Universo)

n La materia oscura (probabilmente il 90% della materia) non emette nelle frequenze da noi visibili n Nuove particelle

elementari

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La materia oscura e il nostro destino ultimo

n Misurare quanta materia c’e’ nell’Universo ci puo’ chiarire il problema fondamentale : l’Universo tornera’ indietro o continuera’ ad espandersi indefinitamente ?

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Vediamo solo in partecio’ che ci circonda

n C’e’ tutto un mondo di colori, ma i nostri occhi vedono solo una stretta bandan Dal rosso al violetto nell’arcobaleno n Ogni colore corrisponde a una diversa energia della luce

n Anche i colori che non vediamo hanno nomi a noi familiari: ascoltiamo la radio, scaldiamo il cibo nel microonde, fotografiamo le nostre ossa mediante i raggi X...

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E il resto ?

n avete mai pensato che cosa accadrebbe se vedessimo solo il verde ?

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L’universo che non vediamo

n Quando si fa una foto si cattura la luce(anche l’immagine del telescopio, ingrandita, viene dalla luce visibile)n Si puo’ mappare in falsi colori

l’immagine di un “telescopio a raggi X”

n L’elaborazione dell’informazione e’ cruciale

n Superare la barriera dell’atmosfera e’ cruciale

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Transparenza dell’atmosfera

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Conseguenza sulle tecniche

n I flussi di fotoni di alta energia decrescono rapidamente con E

=> con le tecnologie attuali, fotoni VHE e UHE possono essere rivelati solo mediante sciamiatmosferici

L’atmosfera e’ opaca per i γSolo rivelatori su satellite possono rivelare γ primari

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A terra superfici sempre piu’ grandi...

n Auger Southern Observatory in Argentina

n Nel 2003, 1600 rivelatori sparsi su 3000 km2 (un centesimo dellasuperficie dell’Italia) - Unosservatorio complementare nell’emisfero nord ?

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Puro e disposto a salire a le stelle

n Per limitare gli effetti di diffusione dell’atmosfera, i nuovi telescopi vengono lanciati nello spazio

n Misurare quanta materia c’e’ nell’Universo ci puo’ chiarire il problema fondamentale : l’universo tornera’ indietro o continuera’ ad espandersi indefinitamente ?

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Il satellite GLAST(NASA)

n Telescopio γ su satellite nel range 20 MeV-300 GeVn tracciatore ibrido + calorimetro

n Collaborazione USA-Francia-Italia-Giappone-Svezian Esperienza in fisica delle particelle +

astrofisica

n Timescale: 2006-2010 (->2015)

n Ampio spettro di obiettivi fisici:n Astrofisica gamman Fisica fondamentale

A HEP / astrophysics partnershipTr

acke

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Calorimeter

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Lo strumento e’ ispirato alle tecniche della fisica delle particelle.Utilizzando un know-how costruito in una pluriennale collaborazione con il CERN di Ginevra e una preziosa sinergia con Informatica, un gruppo del Dipartimento di Fisica dell’Universita’ di Udine, con contributi importanti da parte dell’INFN e dell’ASI, ha la responsabilita’ dell’event display e della simulazione e studia come interpretare i segnali.

Come ci aspettiamo una mappadel cielo nello spettro dei raggigamma dopo un anno di lavoro di GLAST. Al centro la ViaLattea, la nostra galassia. A

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Ange

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Oggetti misteriosi: γ-ray bursts (Storia, I)

n Un puzzle della fisica di oggi...n Fine dei ’50 e primi anni ’60:

l’Unione Sovietica guida l’esplorazione dello spazion 1959: l’URSS manda un satellite sulla

luna

n 1961: l’URSS manda nello spazio il27enne Yuri Gagarin

n 1963: l’aviazione USA lancia 2 satelliti Vela per scoprire se Isovietici compiono esperimenti nucleare nello spazio o sulla lunan Instrumentati con scintillatori NaI (Tl)

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Oggetti misteriosi: γ-ray bursts (Storia, II)

n 1967 : viene osservata un’emissione anomala di raggi X e γ. Per pochi secondi,oscura tutte le sorgenti γ dell’Universo messe assieme. Poi scompare immediatamente. Un’altra nel 1969...

Dopo studi attenti (!), viene esclusa l’origine umana

n I bursts non vengono dalle vicinanze dellaTerra

n 1973 (!) : L’osservazione e’ comunicata almondo

n Oggi abbiamo visto centinaia di gamma-ray bursts...

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Oggetti esotici

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Prima osservazione di un gamma-ray burst ?

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Un nuovo concetto: EUSO

n L’atmosfera e’ il rivelatore ideale per i raggi cosmici di estrema energia e per i neutrini cosmici. L’idea rivoluzionaria di EUSO (2008-) e’ di guardare la luce di fluorescenza dall’alto

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Dove a volte le cose ritornano...

n EUSO cerca un sito di test a partire dal 2006 !

n Ricordiamoci della generosita’ della SADE

n Ringraziamenti a GuidoZago, Marcello Cresti

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L’amor che move il sole e l’altre stelle

n La fisica dei costituenti fondamentali si sta ponendo domande fondamentali: n Quali forme di materia popolano l’Universon L’Universo tornera’ indietro ?

n I grandi centri di ricerche (NASA, ESA, CERN, FNAL, SLAC, DESY…) sono impegnati a fondo

n L’ateneo friulano e’ protagonista nella ricerca con le sue competenze sull’informatica e sull’analisi dei dati, e con i suoi giovani

n Probabilmente il futuro sara’ astroparticellare, e le Dolomiti sono cosi’ vicine alle stelle...