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FIS/01Fisica Sperimentalegruppo diFisica nucleare fondamentale e applicatassd FIS/01 Fisica Sperimentalewebfiabaw.ing.unibs.itFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciaPrimo Convegno DIMI - 02/04/2009Brescia- 02/04/2009

FIS/01Fisica SperimentalecomponentiAldo ZenoniGermano BonomiAntonietta DonzellaFabio MoiaMonica Necchiprofessore Ordinarioricercatoretecnico laureatoassegnista di ricercacontratto fondi europeiFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciaPrimo Convegno DIMI - 02/04/2009

FIS/01Fisica SperimentaleTomografia con raggi cosmiciTomografia di container con i raggi cosmici (misura dello Z del contenuto)principio di funzionamentoStudio della tecnica per la rivelazione di elementi ad alto Z:- materiale “nucleare” (uranio/plutonio)- piombo (usato come schermo per materiale radioattivo)schema del setupprototipo dimostratoreLaboratori Nazionali di Legnaro (INFN)ricostruzione tomografica (3D)Facoltà di Ingegneria - Università degli studi di Bresciawebmuradio.pd.infn.itPrimo Convegno DIMI - 02/04/2009Possibili applicazioni nel campo della sicurezza:- controllo di container nei porti- controllo di camion in accesso alle acciaierie

AEgISLa caduta dell’antimateria- premessa: l’antimateriaAEgISla caduta dell’antimateria- dalla scoperta al primo anti-idrogeno in trappola- il Principio di Equivalenza- la misura di g- L’apparato sperimentaleFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di Brescia- il deflettometro di MoirégBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

AEgISLa caduta dell’antimateriaPREMESSA: L’antimateriaNel 1928 Dirac (1902-1984) scrive un’equazione per descrivere il motodi un elettrone combinando meccanica quantistica e relatività specialel’elettrone è quantisticopossiede uno spinè relativisticoRelativitàMeccanica quantisticaL’equazione ha un problema: ha 2 soluzioni!Una con energia positiva e una per un “elettrone” con energia negativa (imposta dalla relatività)Nel 1931 (dopo aver cercato altre soluzioni) si “arrende”:(disse “l’equazione è più intelligente del suo autore”)ipotizza che la soluzione negativa preveda l’esistenza di una nuova particellaidentica all’elettrone, ma con carica elettrica (e parità) oppostaFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciagBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009Antielettrone (o positrone)

AEgISLa caduta dell’antimateriadalla scoperta ai primi antiatomi in trappolaCarl David Anderson(1905-1991)nel 1932 il positrone viene scoperto studiando i raggi cosmiciDirac va oltre, esprimendo il principio di simmetria dell’esistenza:per ogni particella esiste la corrispondente antiparticellaprimo positronefotografato (1932)Negli anni successivi vennero scoperte altre antiparticelle: antiprotone, antineutrone, ecc. ecc.l’antimateria viene generatain alcuni decadimenti radioattivi.quando incontra la materia però“si annichila” immediatamenteFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di Bresciaoggi viene usata in medicinaPET (positron emission tomography)gBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

AEgISLa caduta dell’antimateriaAthena- alla fine degli anni 50 tutti gli ingredienti per fare un anti-atomo erano stati scoperti- negli anni ’90 vennero “avvistati” i primi anti-atomi di idrogeno- nel 2002 l’esperimento ATHENA produsse i primi anti-idrogeni in trappola elettromagneticaAmoretti et al., Nature 419 (2002) 456Facoltà di Ingegneria - Università degli studi di Bresciail primo antimondo in provettagBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009lo studio dell’interazione gravitazionalemateria-antimateria diventa possibile

AEgISLa caduta dell’antimateriaWEPWeak Equivalence Principle (WEP) - Principio di equivalenza debole:l’accelerazione di gravità di un oggetto che cade è indipendente dalla sua composizione- per oggetti composti di materia tale principio è stato verificato con una precisione pari a 10 -12- numerosi autori hanno espresso argomenti che escludono l’antigravità e prevedonouna parità di “g” anche per l’antimateria- d’altra parte nessuna prova sperimentale relativa al WEP è stata eseguita con antiparticelleL’anti-idrogeno è un sistema neutro libero dai problemiassociati con le interazioni elettromagnetichePERFETTO per un test direttodell’interazione dell’antimateria conil campo gravitazionale della Terra(Einstein)Facoltà di Ingegneria - Università degli studi di Bresciadalle ceneri di ATHENAnasce l’idea di AEgISgBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

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AEgISLa caduta dell’antimateria05/12/2008unico al mondo in grado di fornire antiprotoniFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciagBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

AEgISLa caduta dell’antimateriaLa collaborazioneLAPP, Annecy, FranceP. Nédélec, D. SillouINFN Genova, ItalyUniversity of GenovaC. Carraro,V. Lagomarsino,G. Manuzio, G. Testera,S. ZavatarelliPolitecnico di Milano,ItalyG. Consolati,A. Dupasquier,R. Ferragut, F. QuassoLaboratoire AiméCotton, Orsay, FranceL. Cabaret, D. ComparatCEA Saclay, FranceM. Chappellier,M. de Combarieu,P. Forget, P. PariInstitute for NuclearProblems of the BelarusState University, BelarusG. DrobychevQueen’s U Belfast, UKG. Gribakin,H. R. J. WaltersMPI-K, Heidelberg,GermanyC. Canali, R. Heyne,A. Kellerbauer,Ch. Morhard, U. WarringINR, Moscow, RussiaA. S. Belov,S. N. Gninenko,V. A. Matveev,A. V. TurbabinU of Oslo, NorwayO. Rohne, S. StapnesINRNE, Sofia, BulgariaN. DjourelovQatar University, QatarI. Y. Al-QaradawigBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009INFN Firenze, ItalyG. Ferrari, M. Prevedelli,G. M. TinoKirchhoff Institute ofPhysics U ofHeidelberg, GermanyM. K. OberthalerITEP, Moscow, RussiaV. M. Byakov,S. V. Stepanov,D. S. ZvezhinskijINFN Padova/Trento,University of PadovaUniversity of TrentoR. S. Brusa, D. Fabris,M. Lunardon, S. Mariazzi,S. Moretto, G. Nebbia,S. Pesente, G. ViestiCzech Technical U,Prague, CzechRepublicV. Petráček, D. KrasnickýINFN Pavia - ItalyUniversity of PaviaA. Fontana A. Rotondi,CERN, Geneva,SwitzerlandM. Doser, D. Perini, T. Niinikoski,A. Dudarev, T. W. Eisel, R. VanWeelderen, F. Haug,L. Dufay.-Chanat, J. L. ServaiINFN Milano, ItalyUniversity of MilanoI. Boscolo, N. Brambilla,F. Castelli, S. Cialdi,L. Formaro, A. Gervasini,M. Giammarchi,F. Leveraro, A. VairoNew York U, USAH. H. StrokeINFN Pavia - ItalyUniversity of Brescia,G. Bonomi,A. ZenoniETH Zurich,SwitzerlandS. D. Hogan, F. MerktContributo DIMI-Brescia:- simulazioni MC- acquisizione dati- presa dati- analisi dei datiFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di Brescia

AEgISLa caduta dell’antimateriaSchema dell’Apparato SperimentaleIl principale obiettivo scientifico di AEgIS è la misura diretta dell’accelerazione di gravità (g) su atomi di anti-idrogenoprima misura dell’interazione gravitazionale materia-antimateria(precisione relativa dell’1%)il DIMI sarà impegnato(gruppo Prof. Cambiaghi)anche nella progettazione enel disegno della meccanicadell’apparato sperimentaleLa misura di g:1) creazione dell’anti-idrogeno2) accelerazione dell’anti-idrogeno3) misura della cadutaschema di funzionamento dell’esperimento AEgIS(antiprotoni da AD del CERN - positroni da una sorgente radioattiva 22 Na)(creazione di un fascio)(mediante un deflettometro di Moiré)Facoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciagBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009Tempi del progetto:Costruzione apparato (2010-2012)Prime prove sperimentali (2012-2013)Prima misura di g (2013-2014)Ulteriori studi (2014-2016)

AEgISLa caduta dell’antimateriala Caduta dell’antimateriala misura della cadutaSupponiamo di aver fatto un fascioHcon i numeri di AEgIS:- lunghezza di volo L ~ 1 mL- velocità orizzontale vz 500 m/shlo lasciamo volareh = 1 2 gT 2 = g 2( Lv z) 2caduta verticale ~ 20 μmMA: - l’anti-idrogeno ha una velocità radiale (“moto di agitazione termica”)- ogni anti-atomo cadi di 20 μm, ma può spostarsi in su o in giù di qualche cm- la sezione radiale del fascio dopo 1 m di volo è pari a molti cmcadeFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciaLA CADUTA DELL’ANTIMATERIA DOVUTA ALLA GRAVITÀ È IMPOSSIBILE DA MISURARE IN QUESTO MODOgBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

AEgISLa caduta dell’antimateriail deflettometro di Moirérivelatore al posto della 3 a griglia(per rivelare l’annichilaizone dell’anti-idrogeno)upgraded versionFacoltà di Ingegneria - Università degli studi di Bresciahanno misurato g con atomi di cesiogBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

AEgISLa caduta dell’antimateriaCOME FUNZIONA?il deflettometro di Moirétesto dal lavoro di M. Oberthaler work: Phys. Rev. A 54 (1996), 3165purely “classical”Facoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciagBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009

AEgISLa caduta dell’antimateriaLa setta degli ILLUMINATI ruba al CERNun quarto di grammo di antimateria... è l’inizio di un romanzo di Dan Brown ... ora è anche un filmUn futuristico studio della U.S. Air Force … hastabilito che un milligrammo … di antiprotonisarebbe un propellente per razzi ideale, pariall’energia prodotta da circa due tonnellate dibenzina. Dal momento che il Fermilab produce10 10 antiprotoni all’ora, quanto tempo sii m p i e g h e r e b b e p e r f a b b r i c a r n e u nmilligrammo? Al ritmo attuale, pochi milioni dianni, lavorando 24 ore su 24.Leon Lederman, “La particella di Dio”Facoltà di Ingegneria - Università degli studi di BresciagBonomi, Primo Convegno DIMI - 02/04/2009