Perche le barche di metallo galleggiano, e i cucchiaini no?

Una cosa scritta per il numero di Maggio di DafDaf. Le mani nelle fotografie sono quelle di Giulia, aiutante preziosa e diligente in tutti gli esperimenti casalinghi. Buona lettura (e provate anche voi a casa)!

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Le prime collisioni a 13 TeV sono arrivate!

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Durante la serata di mercoledì scorso, il 20 maggio, senza troppo clamore mediatico, LHC ha portato a collidere due fasci di protoni accelerati all'energia record di 6.5 TeV l'uno. Si tratta delle prime collisioni protone-protone a 13 TeV di quest'anno, che seguono di qualche settimana quelle preliminari a 900 GeV. Le collisioni sono quietamente continuate per qualche ora nella notte e durante la giornata del 21, con tutti e quattro i rivelatori di LHC parzialmente accesi a misurarne i prodotti.

Siccome non erano ancora fasci "stabili", per motivi di sicurezza una parte dei rivelatori (alcuni componenti dei tracciatori centrali) è rimasta spenta. È la ragione per cui, se scrutate con attenzione gli event display resi pubblici da ATLAS, CMS, ALICE e LHCb, potreste notare una ricostruzione delle tracce incompleta, o meno precisa di quanto dovrebbe essere. Queste collisioni non servono ancora per fare misure di fisica, ma principalmente per mettere a punto i sistemi che proteggono l'acceleratore e i rivelatori dalle "frange" dei fasci, composte da particelle non perfettamente allineate con la traiettoria centrale.

Le collisioni di prova a 13 TeV continueranno in questi giorni. Se tutto va bene, finiti i test, a inizio giugno dovremmo cominciare a raccogliere dati "seri" da usare per misure di fisica. Il programma prevede un primo breve periodo in cui la distanza temporale tra due collisioni successive sarà di 50 ns, come già nel 2010, 2011 e 2012, per poi passare a una distanza di 25 ns per il resto della presa dati del 2015. Quest'ultimo set di dati sarà usato per praticamente tutte le misure, mentre i primi dati a 50 ns, tranne che per qualche misura specifica, verranno usati quasi esclusivamente per testare calibrazioni e procedure di analisi.

Quello che vedete qui sotto è un event display di ATLAS di queste prime collisioni di prova. Se osservate bene, vi accorgerete che sembra esserci una certa asimmetria nell'energia depositata nei calorimetri, le zone verdi e rosse del display. È il classico caso in cui nell'evento sembra esserci una considerevole energia traversa mancante, di solito traccia della presenza di una o più particelle invisibili (neutrini, o magari qualche nuova particella esotica). Ci sono decine di processi conosciuti che potrebbero aver generato un evento del genere, per non parlare della calibrazione dei calorimetri che non è certo ancora perfettamente a punto. Che nessuno si ecciti dunque per la potenziale presenza di nuova fisica in questo grafico: è vero, ci sono alcuni dei fenomeni esotici che potrebbero lasciare un'impronta simile, ma, come i lettori di queste pagine sanno bene, un evento da solo non può mai dire molto.

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Collisioni preliminari

Stamattina LHC ha consegnato ai suoi quattro esperimenti le prime collisioni protone-protone dalla fine del 2012. Si tratta di collisioni "preliminari", nel senso che i fasci che le hanno prodotte erano ancora ben lontani dall'energia di 6.5 TeV che ci aspettiamo quest'anno: circolavano infatti entrambi a 450 GeV, l'energia a cui i protoni entrano in LHC. In questo senso, LHC oggi ha funzionato solo da collisionatore, ma non da acceleratore. Come se non bastasse, i fasci non erano stabili, prerequisito fondamentale perché si possano prendere dati in modo continuativo. Nonostante questi aspetti, si tratta di un'ottima notizia. I macchinisti sono ben lanciati sulla strada che porterà alle collisioni a 13 TeV, e questa è una tappa intermedia, necessaria e prevista dalla tabella di marcia.

Per poter affermare che ci sono state delle collisioni in LHC, è necessario misurarle. Per quello che mi riguarda, la notizia migliore della giornata non sono dunque e collisioni in sé, ma il fatto che ATLAS sia riuscito a intercettarle e fotografarle. Questo qui sotto è un event display di una delle prime collisioni di stamattina: è un piacere rivedere tracce e deporti di energia arrivare dal cuore del rivelatore, proprio dove la fisica che vogliamo misurare avrà luogo.

Una delle prime collisioni registrate da ATLAS a 900 GeV nel 2015.

Una delle prime collisioni registrate da ATLAS a 900 GeV nel 2015.

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Chiacchiere di particelle e scienza con gli studenti di Torino

YoungforSTEM_Delmastro_AvogadroMercoledì scorso, complici le vacanze post-pasquali, sono stato a Torino a discutere di fisica delle particelle con gli studenti dell'IIS Avogadro e del Liceo Cattaneo. L'evento è nato un po' per caso qualche mese fa, alla fine di una della presentazioni di Particelle familiari, quando sono stato gentilmente avvicinato da Roberta Balestrino e Cristina Vinattieri di Young for STEM, che mi hanno invitato a portare il LEGO e tutto il resto nelle loro scuole.

Per quello che posso dire io, l'incontro è stato interessante e simpatico. Grazie dunque a Roberta e Cristina, Faustina Tondolo e Tommaso De Luca, il preside dell'Avogadro, per la bella idea e l'ospitalità calorosa.

Foto di Matteo Giardino

Foto di Matteo Giardino

I miei ospiti hanno anche filmato l'incontro mandando persino in diretta lo stream del video. Se dunque voleste rivedere le mie pontificazioni, e soprattutto il botta-e-risposta con i ragazzi, metto il video dell'evento qui sotto. Le mie chiacchiere cominciano intorno al minuto 18 del video, ma vale la pena seguire anche l'allocuzione iniziale di Tommaso De Luca, e i saluti di Roberta Balestrino all'inizio.

Vi appiccico qui sotto anche le slide che ho usato per la mia chiacchiera iniziale, perché nel video non si vedono benissimo. Se poi tra i lettori ci fossero degli insegnanti interessati a organizzare qualcosa di analogo nelle proprie scuole, beh, sapete dove trovarmi, e possiamo parlarne. Il mio tempo libero è veramente limitato, ma magari troviamo un modo...

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Entrambi i fasci di LHC portati a 6.5 TeV!

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Senza troppo clamore mediatico, ieri, intorno all'ora di pranzo, entrambi i fasci di LHC hanno circolato al massimo dell'energia prevista quest'anno, 6.5 TeV! Il primo fascio aveva già raggiunto questo valore record la sera del 9 aprile, il secondo fascio l'ha raggiunto un paio di giorni dopo. Il che significa che l'allenamento di magneti del settore di LHC che ancora faceva le bizze è terminato, e che tutti i magneti sono ora in gradi di sopportare per un tempo sufficientemente lungo correnti adeguate a tenere in traiettoria protoni di queste energie. Bene!

Energie di 6.5 TeV per fascio significheranno collisioni a 13 TeV di energia nel centro di massa. Per le collisioni, però, serve ancora un po' di preparazione. Per ora i macchinisti stanno facendo circolare un solo pacchetto di protoni per fascio, per testare con cura il processo di accelerazione. Il prossimo passaggio consisterà nell'aumentare la popolazione del pacchetto, portandola al suo valore nominale previsto, 120 miliardi di protoni. A quel punto, una volta verificato che l'acceleratore sia in grado di mantenere in orbita alla massima energia un pacchetto così popoloso, i macchinisti aumenteranno gradualmente il numero dei pacchetti, formando per ogni fascio un vero e proprio treno di mucchietti di protoni.

Per le prime collisioni circoleranno soltanto 3 pacchetti da 120 miliardi di protoni per fascio, mentre per le vere e proprie operazioni, se tutto va bene, ogni fascio ospiterà un treno di più di 2800 pacchetti! Tenete d'occhio queste pagine, oppure il sito del commissioning di LHC, per aggiornamenti sui prossimi passi. Nei prossimi giorni, tempo permettendo, proverò a raccontarvi perché collisioni a 13 TeV siano necessarie per provare a individuare nuovi fenomeni non previsti dal Modello Standard, e perché ne servano così tante.

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