Incontri e riflessioni

International masterclass hands on particle phisics: una full immersion nella fisica delle particelle

Scritto da Margherita e Francesca, 4CU il 05 Giugno 2017.

International masterclass hands on particle phisics: una full immersion nella fisica delle particelle

Il giorno 28 marzo 2017, noi studentesse della 4^CU assieme a quattro studenti della 5^AE, accompagnati dalla professoressa Federica Dazzan e dal professor Stefano D’Elia, abbiamo partecipato all’International Masterclass sulla fisica delle particelle, un’iniziativa coordinata per l’Italia dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

Noi alunni, assieme ad altri studenti del Friuli Venezia Giulia, siamo stati accolti alle ore 9.30 dai fisici dell’Università di Udine. Ad iniziare la conferenza è stato il dott. Giacomo Panizzo. Il relatore ha posto la domanda chiave della Masterclass: “A che cosa servono le particelle?”. Il fisico Panizzo è partito da questo quesito per approfondire il meccanismo misterioso dell’origine della massa delle particelle proposta da Higgs, fisico che vinse nel Luglio 2013 il premio Nobel per la fisica. Dopo svariati studi svolti da Newton, il quale diceva che la massa è la quantità di materia, oppure da Einstein che annunciava che quest’ultima fosse uguale all’energia, oggi sappiamo che la massa è l’energia di una particella a riposo. Un punto interessante che è stato toccato durante la prima conferenza è stato comprendere quali strumenti siano necessari per scoprire le particelle.

Fondamentale è un acceleratore, ossia una macchina a forma di anello lungo 27km capace di accelerare i protoni a una velocità prossima alla velocità della luce (300000 km/s) e farli scontrare in una zona precisa dell’anello dove si trovano le apparecchiature di misurazione (rilevatore). Dalla collisione dei protoni, a differenti energie, si generano nuove particelle. Per brevissimi intervalli di tempo durante le collisioni vengono generate temperature 100000 volte superiori a quelle del Sole. L’acceleratore descritto è LHC (Large Hadron Collider), il più potente al mondo, che si trova tra le montagne del Giura francese e il lago di Ginevra.
Poi è necessario un rivelatore indicato con il nome esperimento ATLAS, ovvero uno strumento gigantesco che registra le particelle che emergono dal punto della collisione. Viene utilizzato anche un supercomputer per raccogliere, registrare, osservare, analizzare e distribuire l’enorme qualità di dati prodotti dai tanti strumenti di misura presenti nel rivelatore ATLAS. Ed infine la scienza collaborativa su scala mondiale fondata sul lavoro di squadra di migliaia di scienziati ed ingegneri che operano insieme per gestire e mettere in funzione queste macchine molto complesse.

Dopo una breve pausa alle 10.45 è ripresa l’attività con l’intervento del dott. Michele Pinamonti che si è concentrato sul Modello Standard e sull’esperimento ATLAS. Il primo è una teoria che descrive come si formano le particelle dalla combinazione dei quark, i componenti elementari della materia, e come tutte queste particelle interagiscono. Nel Modello Standard vengono anche considerate le tre forze fondamentali: l’interazione elettro-magnetica, l’interazione debole e l’interazione forte. Ad oggi, però, questo modello non si può considerare completo. L’esperimento ATLAS, invece, è finalizzato ad osservare fenomeni che riguardano particelle pesanti che vengono prodotte ad altissime energie.

Alle 13.15 è iniziato il tutorial per il lavoro che avremmo dovuto fare: elaborare una parte dei numerosi dati raccolti a seguito di una collisione. Durante le analisi dei dati sperimentali dovevamo individuare le particelle prodotte da un urto fra i protoni ed emesse in tutte le direzioni. Bisogna considerare che il rilevatore ATLAS ha una forma cilindrica ed è formato da più sotto-rivelatori: il calorimetro elettro-magnetico che misura l’energia degli elettroni e ne permette la loro identificazione; il calorimetro adronico che misura l’energia degli adroni che emergono dal calorimetro elettro-magnetico dove hanno ceduto una parte trascurabile della loro energia. Le uniche particelle che emergono dai rivelatori precedenti sono i muoni e i neutrini anche se i neutrini non vengono rivelati direttamente essendo trascurabile la probabilità di una loro interazione con conseguente rilascio di un segnale.

Alle 14.00 abbiamo elaborato i dati del CERN, per cercare muoni, elettroni e protoni all’interno del calorimetro elettro-magnetico. L’esperimento ci ha permesso di mettere in pratica ciò che ci era stato spiegato durante la conferenza, dandoci la possibilità di comprendere meglio i concetti. Questo è stato molto divertente e ci ha permesso di socializzare con gli altri partecipanti. Alle 16.00 ci siamo collegati con il CERN per confrontare i nostri dati con le scuole di Stoccolma, Lecce, Pavia e Bergen. Questa fase è stata molto interessante, ma allo stesso tempo è stata la più complessa in quanto dovevamo parlare un inglese tecnico molte volte difficile da comprendere. Successivamente ci hanno sottoposto un quiz per vedere ciò che avevamo compreso della giornata. Dopo la consegna degli attestati ci sono stati i saluti.
A nostro parere è stata un’esperienza particolare che ci ha dato l’opportunità di conoscere in modo concreto una branca della fisica con la quale di solito non ci confrontiamo. Alla fine della giornata abbiamo capito che le particelle servono per costruire gli atomi, ossia la struttura nella quale è organizzata la materia che forma le molecole.