Potenziamento di Fisica - Fisica delle particelle (PtOF)

Scritto da Stefano Degl'Innocenti. Inserito in Potenziamento di Fisica - Fisica delle particelle

TITOLO PROGETTO
1000 ORIENTAMENTO IN USCITA 1009 - Introduzione alla Fisica delle particelle - Percorso teorico e sperimentale con partecipazione a CMS-Masterclass e BL4S
Priorità
Priorit 1
Responsabile
FROSALI Simone
Descrizione
Il corso intende affrontare una parte della fisica che solitamente non viene trattata nei programmi curriculari: la fisica particellare o "fisica delle alte energie". Nella prima parte del corso verranno introdotti gli aspetti teorici, con elementi di meccanica quantistica e relativit, necessari alla comprensione del mondo subnucleare, ma soprattutto verranno illustrati il Modello Standard della fisica particellare, l'interazione particelle-materia e i vari metodi usati per la rivelazione delle particelle. In particolare verranno illustrati lo scopo e il funzionamento dell'acceleratore "Large Hadron Collider" (LHC) del CERN e del rivelatore "Compact Muon Solenoid" montato presso LHC. La seconda parte del corso verr svolta in laboratorio, con la realizzazione di una camera a nebbia per la rilevazione di raggi cosmici. Il corso prevede inoltre la possibilit di partecipare alla International Masterclass di fisica delle particelle che si terr al polo scientifico di Sesto F.no (https://www.physicsmasterclasses.org) e al progetto BL4S - "Beamline for Schools" (https://beamlineforschools.cern) in collaborazione con il CERN.
Analisi dei Bisogni
Questo progetto nasce principalmente come iniziativa volta all'orientamento in uscita degli studenti del triennio verso l'alta formazione scientifica in ambito universitario e presso alcuni importanti centri di ricerca. In particolare affronta un argomento, la fisica delle particelle, solitamente non trattata nel normale curriculum scolastico di fisica ma che nondimeno risulta uno dei settori di punta della ricerca scientifica attuale, basti pensare alla scoperta avvenuta nel 2012 del bosone di Higgs presso l'acceleratore LHC del CERN di Ginevra, all'avvio della seconda presa dati di LHC, nonch agli studi sui raggi cosmici, ai legami con altri settori della fisica come l'astrofisica, le recenti scoperte sulle onde gravitazionali ecc. E' inoltre prevista la possibilit di frequentare la "International Masterclass" che ogni viene organizzata al polo scientifico di Sesto Fiorentino in collaborazione con il CERN, cos come di visitare l'acceleratore di particelle del polo scientifico e di partecipare al concorso "Beamline for Schools", tutte iniziative che metterebbe a contatto gli studenti con ambienti scientifici di prim'ordine. Tale iniziativa nasce anche dal bisogno manifestato da alcuni colleghi in sede di dipartimento di alcune lezioni introduttive alla fisica delle particelle rivolte a quegli studenti che, come avvenuto negli anni passati, intendono frequentare la Masterclass o che vanno in visita di istruzione al CERN. Inoltre alcuni argomenti trattati, se pur incidentalmente, all'inizio del corso, come la meccanica quantistica o la cinematica relativista, possono essere anche un'utile introduzione agli argomenti di fisica moderna trattati nelle classi quinte. Questa idea infine mi vede particolarmente coinvolto per il fatto che il mo curriculum di studi si completato proprio nell'ambito della fisica delle alte energie, con un PhD in fisica subnucleare conseguito presso l'Universit di Firenze in collaborazione con il CERN.
Destinatari
Studenti del triennio
Periodo attività
Da met Ottobre 2019 ad Aprile 2020 dal al
Struttura del progetto
Primo modulo: introduzione al Modello Standard della fisica particellare, prima parte di rivelatori, costruzione di una camera a nebbia. 1) Introduzione al mondo subatomico [3 lezioni] - ordini di grandezza - cenni storici - prime evidenze di radioattivit (contatore Geiger), attivit dei nuclei - nuclei atomici: Z, A, N; isotopi e tavola dei nuclei, valle di stabilit - radioattivit alpha, beta, gamma - introduzione alla meccanica quantistica - cenni di cinematica relativistica: energia a riposo ed energia totale - unit di misura: eV e sistema naturale 2) Modello Standard [1-2 lezioni] - particelle fondamentali: quark e leptoni - forze fondamentali e bosoni mediatori - materia/antimateria - adroni e loro composizione (mesoni, barioni) - caratteristiche della forza forte: confinamento di colore e jet adronici (+ mare di quark-gluoni) - bosone di Higgs 3) Reazioni nucleari e decadimenti [1 lezione] - reazioni nucleari: principi di conservazione - rappresentazione con diagrammi di Feynmann - energia di soglia di una reazione, scattering elastico/anelastico - decadimento in due corpi 4) Interazione radiazione-materia e rivelatori [1 lezione] - particelle cariche: curva di Bethe-Bloch e camere a ionizzazione: funzionamento della camera a nebbia 5) Costruzione della camera a nebbia [2 lezioni da 2 ore] Secondo modulo: Seconda parte rivelatori, l'acceleratore LHC e l'esperimento CMS, International Masterclass e BL4S 1) Seconda parte rivelatori: - fotoni: assorbimento (fotoelettrico, Compton, pair production) - Effetto Cherenkov - rivelatori a silicio, calorimetri 2) Acceleratori di particelle - acceleratori di particelle: LHC (componenti principali, specificit di un acceleratore adronico) - CMS, descrizione dei vari rivelatori - cenni a ROOT e visualizzazione eventi CMS in preparazione alla masterclass 3) Progetto BL4S Elaborazione con gli studenti di un'esperienza di laboratorio che utilizzi il fascio di protoni messo a disposizione dal CERN e scrittura del proposal. 4) APPLICAZIONI: possibili lezioni integrative da stabilire in corso d'opera a seconda dell'interesse e delle tempistiche riscontrate: - Applicazioni 1: visita all'acceleratore di Sesto F.no per i beni culturali e la fisica ambientale (Mirko Massi) [1 lezione] - Applicazioni 2: fisica sanitaria, radioterapia (Silvio Murri) [1 lezione]
Finalità
Lo scopo principale dell'iniziativa l'orientamento in uscita degli studenti del triennio verso l'alta formazione scientifica, in ambito universitario e presso alcuni importanti centri di ricerca (CERN), in particolare in ambito fisico.
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