{"id":780,"date":"2016-01-26T16:57:12","date_gmt":"2016-01-26T16:57:12","guid":{"rendered":"http:\/\/webusers.fis.uniroma3.it\/atlas\/?p=780"},"modified":"2020-11-20T10:20:44","modified_gmt":"2020-11-20T09:20:44","slug":"la-fisica-di-atlas-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/la-fisica-di-atlas-2\/","title":{"rendered":"La Fisica di ATLAS"},"content":{"rendered":"

Written by A.Di Ciaccio and M. Cobal on

 <\/p>\n

Introduzione<\/span><\/h2>\n

1. Il Modello Standard delle particelle elementari<\/strong><\/span><\/h3>\n

Studiare l\u2019 infinitamente piccolo e capire la composizione ultima della materia<\/a> \u00e8 fondamentale per comprendere le origini e l\u2019evoluzione del nostro Universo.<\/p>\n

La teoria che oggi descrive i costituenti fondamentali della materia e le loro interazioni, vale a dire le forze fondamentali che governano l\u2019Universo, \u00e8 chiamata\u00a0Modello Standard<\/a>. Secondo il Modello Standard le particelle fondamentali sono: i quark e i leptoni, chiamate fermioni e quelle mediatrici delle interazioni fondamentali, chiamate bosoni (vedi tabella).<\/p>\n

Il Modello Standard descrive tre forze fondamentali: la forza nucleare forte<\/a>,\u00a0che tiene insieme i quark all\u2019interno di protoni e neutroni ed anche gli stessi protoni e neutroni all\u2019interno del nucleo, la forza debole<\/a> responsabile ad esempio dei decadimenti radioattivi e alla base della fusione nucleare che fa splendere le stelle, la forza elettromagnetica<\/a>,\u00a0che tiene gli elettroni legati al nucleo nell\u2019atomo ed \u00e8 responsabile dei fenomeni elettrici e magnetici. Le forze che agiscono fra i costituenti della materia si manifestano attraverso lo scambio di altre particelle, i bosoni mediatori. \u00a0Ad esempio la forza forte e\u2019 il risultato di un scambio di gluoni, quella elettromagnetica di fotoni, \u00a0quella debole delle particelle chiamate W e Z. Nel Modello Standard queste tre forze sono unificate e descritte sulla base di relazioni di simmetria.<\/p>\n

C’\u00e8 pero\u2019un’altra forza fondamentale che non si riesce a descrivere all’ interno del formalismo fisico-matematico del Modello Standard: la forza di gravit\u00e0<\/a>, per la quale – a differenza delle altre tre forze – non \u00e8 stata ancora verificata sperimentalmente l\u2019esistenza di una particella mediatrice (gravitone).<\/p>\n

Uno dei principali scopi della moderna fisica delle particelle \u00e8 proprio capire come descrivere in un solo modello teorico queste quattro interazioni fondamentali.<\/p>\n

\u00a0Il Modello Standard ipotizza anche l\u2019esistenza di\u00a0 una particella non ancora osservata, il bosone di Higgs<\/a>. Infatti ad oggi, non sappiamo perch\u00e9 le particelle possiedono la caratteristica fondamentale che chiamiamo \u201cmassa\u201d e che cosa ci sia all\u2019origine della massa: il bosone di Higgs, se osservato, potrebbe fornire la risposta a questo quesito.<\/p>\n

L\u2019esperimento ATLAS , costruito presso il CERN<\/a> di Ginevra al nuovo acceleratore LHC<\/a>\u00a0e\u2019 una Collaborazione Internazionale di circa 170 Istituti di ricerca sparsi in tutto il mondo ed \u00a0ha come scopo principale proprio la scoperta \u00a0del Bosone di Higgs e lo studio delle caratteristiche di questa particella fondamentale, una volta scoperta.<\/p>\n

2. LHC e ATLAS<\/strong><\/span><\/h3>\n

Per guardare all\u2019interno del mondo sub-nucleare, caratterizzato da dimensioni infinitesime, non sono sufficienti n\u00e9 i microscopi ottici, n\u00e9 i pi\u00f9 moderni microscopi elettronici\u00a0 ma si utilizzano gli acceleratori di particelle<\/a>. Questi, permettono di studiare i costituenti fondamentali della materia, ovvero le particelle elementari<\/a>, \u00a0milioni di milioni di volte pi\u00f9 piccole delle strutture che possono essere studiate con i piu\u2019 moderni microscopi.
\nI pi\u00f9 potenti acceleratori oggi esistenti sono i cosiddetti “collisori”. All’interno della loro struttura ad anello le particelle, tipicamente elettroni o protoni, vengono accelerate e tenute sulla traiettoria circolare dell\u2019anello grazie a campi elettromagnetici molto intensi fino a raggiungere elevatissime energie prossime a quelle della luce nel vuoto. Le particelle viaggiano concentrate in due fasci che si muovono in direzioni opposte e che vengono quindi fatti scontrare in punti prestabiliti, dove sono stati installati gli esperimenti che si occupano di studiare il prodotto delle collisioni. Nelle collisioni, l’energia delle particelle si trasforma in materia (in base alla famosa relazione di Einstein E=mc2<\/sup>) e come conseguenza dell\u2019urto vengono generate particelle, note e altre\u00a0 non ancora scoperte, come per esempio il bosone di Higgs.<\/p>\n

I rivelatori <\/a>di particelle, costruiti intorno al punto dove avvengono le collisioni, permettono di identificare e studiare le \u00a0principali propriet\u00e0 delle particelle prodotte,\u00a0 attraverso le interazioni delle particelle prodotte nella collisione con il materiale del quale \u00e8 costituito il rivelatore.<\/p>\n

Il collisore LHC<\/a> accelerer\u00e0 in direzione opposta due fasci di protoni ciascuno fino all\u2019energia massima di 7 TeV (7×1012<\/sup> eV). La partenza dell\u2019LHC e\u2019 prevista in dicembre 2009. I fasci di protoni verranno fatti collidere in quattro zone diverse dell\u2019anello: in una di queste \u00e8 collocato l\u2019esperimento ATLAS<\/a> che contiene una serie di rivelatori specializzati nella misura della traiettoria, l\u2019energia e l\u2019impulso delle varie particelle prodotte.<\/p>\n

\u00a0<\/strong><\/p>\n

3. Oltre il Modello Standard<\/strong><\/span><\/h3>\n

Identificare \u00a0il bosone di Higgs non \u00e8 per\u00f2 l’unico scopo di ATLAS. La fisica moderna infatti aspira a descrivere le quattro forze come aspetti diversi di un\u2019unica forza fondamentale <\/a>(proprio come la forza elettrica e la forza magnetica sono aspetti diversi della forza elettromagnetica).<\/p>\n

Un passo molto importante verso una formulazione unificata e consistente \u00e8 fornito dalla teoria chiamata supersimmetria<\/a>, proposta gia\u2019 negli anni 70. Questa teoria prevede una completa simmetria fra bosoni<\/a> e\u00a0 fermioni<\/a> e l\u2019esistenza di superpartners (particelle supersimmetriche) delle particelle finora note, di massa maggiore rispetto a quella delle particelle che oggi riteniamo essere elementari.\u00a0 L\u2019energia prodotta nelle collisioni ad LHC dovrebbe permetterne l\u2019osservazione nell\u2019esperimento ATLAS.<\/p>\n

La crescita dell\u2019intensit\u00e0 delle interazioni gravitazionali con il quadrato della massa e quindi dell\u2019energia rende difficile se non impossibile una teoria quanto-relativistica unificata e consistente delle particelle puntiformi. Negli ultimi anni si \u00e8 quindi fatta strada l\u2019idea che i costituenti fondamentali della materia siano piuttosto oggetti unidimensionali ossia stringhe<\/a>\u00a0molto pi\u00f9 piccole dei quark e dei leptoni, con dimensioni cio\u00e8 dell\u2019ordine della scala di Planck <\/a>(circa 1.6 x10-35<\/sup> metri).<\/p>\n

\u00a0Le teorie di stringhe \u00a0permettono di unificare la gravit\u00e0 con le altre interazioni in uno schema matematico elegante e consistente. \u00a0Le eccitazioni prive di massa di una stringa chiusa si comportano infatti come il gravitone<\/a> mentre le eccitazioni prive di massa di una stringa aperta si comportano come il fotone<\/a>, i gluoni<\/a> o gli altri bosoni vettori <\/a>del Modello Standard.<\/p>\n

Queste teorie si basano sul concetto che oltre alle quattro dimensioni note del mondo macroscopico (tre spaziali e una temporale), possano esistere altre dimensioni, confinate su scale \u00a0sub-microscopiche e quindi non ancora osservate sperimentalmente. In particolare \u00e8 stata formulata recentemente la cosidetta teoria-M<\/a> che prevede un mondo a 11 dimensioni. L\u2019esperimento ATLAS avra\u2019 nei prossimi anni, accumulando un numero elevato di collisioni tra i protoni, anche la possibilit\u00e0 di far luce sulla validit\u00e0 o meno di queste teorie, ricercando tra i loro prodotti sia le particelle supersimmetriche che particelle di altro tipo previste nei modelli di stringhe a N-dimensioni.<\/p>\n

Un altro problema irrisolto nel Modello Standard e che richiede il suo superamento e la formulazione di\u00a0 una teoria piu completa e\u2019 quello dell\u2019osservazione della presenza nell\u2019Universo della cosidetta \u2018materia oscura<\/a>\u2019. Fino alla prima met\u00e0 del 1900 si credeva che la quasi totalit\u00e0 della massa dell’Universo risiedesse nelle stelle; oggi invece sappiamo che queste costituiscono soltanto una percentuale irrisoria della materia cosmica (circa il 4%). La restante parte della massa dell\u2019Universo non \u00e8 visibile (cio\u00e8 non emette radiazione elettromagnetica) e a tale massa mancante si d\u00e0 appunto il nome di Materia Oscura. \u00a0La natura della Materia Oscura \u00e8 ancora sconosciuta. Essa pu\u00f2 avere varie componenti: una di tipo barionico (materia “ordinaria”, cio\u00e8 fatta da atomi) e una, pi\u00f9 \u201cesotica\u201d, di tipo non barionico.\u00a0\u00a0Una ipotesi affascinante \u00e8 la possibilit\u00e0 che la Materia Oscura sia composta da particelle elementari come il neutralino, previsto dalle teorie supersimmetriche. Oltre alla Materia Oscura, si ipotizza che esista una particolare forma di energia (nota come Energia Oscura<\/a>), la quale, secondo il principio di equivalenza di Einstein (E = mc2<\/sup>), \u00e8 in grado di dar conto della maggior parte della massa dell\u2019Universo (circa il 70%). \u00a0La particolarit\u00e0 dell\u2019Energia Oscura \u00e8 che essa agisce come una gravit\u00e0 negativa, ovvero tende a far espandere l\u2019Universo e si contrappone alla decelerazione dovuta all\u2019attrazione gravitazionale della materia ordinaria e della materia oscura.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Written by A.Di Ciaccio and M. Cobal on 11 October 2009   Introduzione 1. Il Modello Standard delle particelle elementari Studiare l\u2019 infinitamente piccolo e capire la composizione ultima della materia \u00e8 fondamentale per comprendere le origini e l\u2019evoluzione del nostro Universo. La teoria che oggi descrive i costituenti fondamentali della materia e le loro […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":true,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5,7],"tags":[],"ppma_author":[45],"class_list":["post-780","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-education","category-fisica"],"authors":[{"term_id":45,"user_id":0,"is_guest":1,"slug":"cap-atla-italia","display_name":"Atla Italia","avatar_url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/?s=96&d=mm&r=g","0":null,"1":"","2":"","3":"","4":"","5":"","6":"","7":"","8":""}],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/780","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=780"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/780\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1302,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/780\/revisions\/1302"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=780"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=780"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=780"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/ppma_author?post=780"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}