Incontri di Fisica 2013
INFN - Laboratori Nazionali di Frascati
9 - 11 Ottobre 2013

GRUPPI DI LAVORO 


SCHEDE DESCRITTIVE

 
A

Messaggeri dell'Universo: i raggi cosmici e la loro velocità

L'esperimento e' finalizzato a semplici misure di grandezze fisiche (velocità della luce nel vuoto, velocità di deriva degli ioni in un gas in campo elettrico, determinazione della posizione del raggio cosmico) attraverso l'utilizzo di un semplice apparato tracciante per raggi cosmici. L'esperimento consiste nella messa a punto dei rivelatori (contatori a scintillazione e/o camere a gas a deriva), nella raccolta di dati tramite programmi di acquisizione su PC, e nella misura fisica che fara' uso di semplici strumenti statistici.
B
Alla scoperta dei materiali attraverso la misura del coefficiente di assorbimento di un fascio di fotoni incidenti

L'esperienza consiste nel ricavare il valore del coefficiente di assorbimento di un dato materiale misurando l'intensità della radiazione trasmessa da un campione di spessore assegnato sottoposto ad un fascio collimato di fotoni monoenergetici di intensità conosciuta. Da questa misura è possibile anche ricavare la sezione d'urto totale dei fotoni. La misura viene effettuata per energie dei fotoni incidenti comprese tra 8 e 50 keV ed utilizzando un  rivelatore al Silicio.

C
Cristalli scintillanti: i "gioielli" del fisico sperimentale

Studieremo le caratteristiche dei cristalli scintillanti per la rivelazione  di particelle subatomiche. In particolare analizzeremo l’uniformita’ della risposta usando sorgenti radioattive di energia nota e raccogliendo la luce di scintillazione con fotorivelatori al silicio di ultima generazione.
D

A caccia di onde gravitazionali con rivelatori risonanti

I rivelatori gravitazionali risonanti utilizzano come elementi sensibili cilindri delle dimensioni di circa tre metri di lunghezza e 60 centimetri di diametro, del peso di due tonnellate, raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. Il materiale utilizzato è una lega di alluminio, con speciali caratteristiche meccaniche e termiche. Nel corso dell'esperienza, dopo aver discusso le principali caratteristche di un rivelatore gravitazionale risonante, si misureranno alcune delle proprieta' dei materiali utilizzati, a temperatura ambiente e alla temperatura dell'azoto liquido.
E

Indagini sulla struttura della materia: misure di soglie di assorbimento utilizzando, della Luce di Sincrotrone, i raggi X molli

La spettroscopia di assorbimento X o XAS (X-ray Absorption Spectroscopy) studia l'andamento del coefficiente di assorbimento di una sostanza, di cui si vuole conoscere la struttura atomica, in funzione dell'energia della radiazione incidente nella regione dei raggi X. L'energia dei fotoni X incidenti dipende dall'atomo da studiare perchè il processo che prevale nella interazione radiazione-materia alle energie considerate è l'assorbimento fotoelettrico.
Visto che questo tipo di spettroscopia richiede di poter cambiare l'energia della radiazione in maniera continua ed in un ampio intervallo, la sorgente ideale per questo tipo di studi è la radiazione di sincrotrone. La lezione prevede un'introduzione sulla radiazione di sincrotrone, le sue potenzialità nello studio della struttura della materia, la spiegazione del funzionamento di una linea che usa raggi X molli e di come si effettuano le misure di assorbimento. La parte pratica consistera' nella preparazione di campioni da misurare e nella discussione dei risultati ottenuti.

F

Meccanica quantistica e Misura della costante di Planck

L’ attivita’ di questo gruppo di lavoro sara’ di tipo teorico e sperimentale, e incentrata sui seguenti argomenti inerenti la Meccanica Quantistica:

  • determinazione della costante di Planck a partire dalla misura della tensione di conduzione di due LED che emettono su lunghezze d'onda diverse;
  • discussione sui fondamenti della teoria (dualità onda-corpuscolo, quantizzazione dei livelli energetici, principio d'indeterminazione, non-località);
  • applicazioni future e futuribili (computer quantistici, crittografia e teletrasporto).

G

Il "microscopio" atomico: la Luce di Sincrotrone e lo studio dell'assorbimento di raggi X da stati atomici profondi

Oltre a presentare una panoramica generale della Luce di Sincrotrone e delle sue applicazioni sara' proposta un'analisi pratica di dati sperimentali di assorbimento di raggi X da stati profondi (XAS) con l'intento di ricavare informazioni strutturali locali. La proposta e' di tipo teorico-fenomenologico ma verranno utilizzati dati sperimentali presi nelle varie facilities di Luce di Sincrotrone.
H

Caratterizzazione di una polvere mediante diffrattometria a raggi X

L'esperimento vuole illustrare le possibilità analitiche offerte dalla diffrattometria a raggi X per l’analisi di materiali solidi opportunamente polverizzati. La lezione introduttiva alle tecniche di diffrazione con sorgenti tradizionali, sarà completata presentando i vantaggi nell’utilizzo della Luce di Sincrotrone. Dopo una breve visita alle linee Dafne Luce, seguirà nel laboratorio XLab la presentazione dell'apparato strumentale raccogliendo un diffrattogramma da un campione di polvere.
 Verranno inoltre illustrate: le tecniche di preparazione dei campioni, il riconoscimento delle sostanze utilizzando un "database" cristallografico, le problematiche analitiche con particolare riferimento al settore dei beni culturali. Sarà distribuita ampia documentazione e bibliografia.

I
La materia dell'Universo primordiale: indietro nel tempo con l'esperimento Alice a LHC.

ALICE è uno dei quattro esperimenti del LHC ed è dedicato allo studio del Quark Gluon Plasma (QGP), lo stato in cui si trovava l'Universo a circa 10-5 secondi dal Big Bang. In tale gruppo di lavoro si affronterà la tematica del QGP effettuando l'analisi di dati reali, in ambiente root, alla ricerca delle particelle dotate di "stranezza" in relazione alla segnatura della produzione del plasma. L'event display e le routine usate nell'esperienza potranno essere installate su pc con sistemi Linux o Mac per ripetere l'esperimento nei propri istituti.

L

Tecniche innovative per la rivelazione di particelle con materiali scintillanti, fotomultiplicatori, fotorivelatori a silicio per la fisica delle Alte Energie

L'attività sperimentale sarà incentrata sulle tecniche di rivelazione di particelle con materiali scintillanti. In particolare, verranno presentate e utilizzate le diverse tecniche di lettura dei segnali ottici partendo dai fotomoltiplicatori fino a rivelatori al silicio. In laboratorio verranno utilizzati i SiPM, innovativi fotorivelatori al silicio molto usati negli ultimi anni nella fisica delle alte energie. Scopo dell'esperienza sarà quello di comprendere vantaggi e svantaggi di queste nuove tecniche rispetto a quelle del passato.
M

Quando un millisecondo e' un'eternità: misura della vita media di un muone

Nell'arco di poche ore, i partecipanti saranno introdotti alle tecniche sperimentali usate nei laboratori per misurare le proprietà fondamentali delle particelle elementari. Dopo una visita all'apparato sperimentale utilizzato per la misura della vita media del muone, ripercorreremo, passo passo, i pezzi che compongono la misura: la formazione del segnale; la sua acquisizione; l'analisi statistica dei dati. A tal fine alterneremo spiegazioni di concetti base sulle particelle, i rivelatori, la statistica ecc., a prove pratiche su rivelatori di particelle e ad analisi dei dati.
N

Sulle tracce delle particelle: la costruzione di una camera a nebbia.
Proposta didattica per diventare dei "detective delle particelle".

Con materiali relativamente poveri si può costruire una camera a nebbia con un costo contenuto. Le tracce delle particelle (da una sorgente oppure raggi cosmici) possono essere così viste e i principi della rivelazione delle particelle dimostrati sul campo e discussi. Verrà presentato il funzionamento e la costruzione di una tale camera a nebbia, assieme alla fisica delle particelle (inclusi i raggi cosmici e sorgenti) che la descrive. Un tale progetto può essere facilmente riprodotto a scuola dove i ragazzi possono divertirsi, diventando dei "detective delle particelle".
O
Dal Grande al Piccolo: Materiale nanostrutturato e Microscopia elettronica
Le nanotecnologie costituiscono un nuovo approccio alla comprensione e la conoscenza approfondita delle proprietà della materia su scala nanometrica: un nanometro (un miliardesimo di metro) corrisponde alla lunghezza di una piccola molecola. Su questa scala la materia presenta svariate proprietà, a volte molto sorprendenti, e le frontiere tra discipline scientifiche e tecniche si attenuano, il che spiega la dimensione interdisciplinare fortemente associata alle nanotecnologie.
La miniaturizzazione delle strutture a livello nanometrico ha reso inutilizzabile l’impiego dei tradizionali microscopici ottici. Infatti, tali microscopi usano come sorgente per irradiare i campioni e raccogliere informazioni, i fotoni. Essi compongono un raggio di luce visibile e possiedono una lunghezza d´onda da circa  3 10-7 a 7 10-7 m circa che risulta essere molto grande rispetto alle dimensione nanometriche(~10-9 m ) dell’oggetto dell’analisi. Facile osservare come il potere risolutivo dello strumento sia insufficiente per distinguere due oggetti di tali dimensioni così vicini.
La microscopia è un argomento sicuramente affascinante e ormai imprescindibile nello studio, nella progettazione e realizzazione di nuovi materiali e di nuove apparecchiature tecnologiche, come per esempio nel settore elettronico, aeronautico, sensoristico, biomedicale etc. Il gruppo di lavoro toccherà elementi di fisica di base (elettromagnetismo), interazione elettrone - materia, elementi di ottica e fisica dei rivelatori, come anche aspetti della fisica delle superficie e di analisi del segnale. Si cercherà di dare le basi fondamentali sulle tecniche di microscopia elettronica a scansione e a forza atomica attraverso lo studio di un materiale nanostrutturato di semplice realizzazione. Il programma prevede sia una parte teorica sia una parte sperimentale nel Laboratorio di microscopia.
P Tecniche di diagnostica per i beni culturali: applicazioni della spettroscopia infrarossa allo studio della sezione stratigrafica di un'opera d'arte

 Il gruppo lavorerà sulla caratterizzazione, tramite spettroscopia infrarossa, dei materiali che compongono le sezioni stratigrafiche di un dipinto. Nella prima parte della giornata verranno presentate le caratteristiche della luce di sincrotrone nell'infrarosso ed i suoi vantaggi nello studio dei manufatti artistici. Nel pomeriggio l'attività si sposterà nel laboratorio di luce di sincrotrone dove si potrà realizzare una misura di microscopia infrarossa su provini e su campioni prelevati da opere d'arte per la generazione delle immagini stratigrafiche.
Q

Superconduttività e l’effetto Meissner nei superconduttori ceramici granulari ad alta temperatura

Lo scopo dell'incontro è conoscere il fenomeno superconduttivo. Sperimentalmente sarà caratterizzato l'effetto "Meissner" di un materiale superconduttore ceramico. Sarà mostrata la levitazione di un piccolo magnete su un superconduttore e la misura di superconduttività magnetica in funzione della temperatura. Verrà effettuata una lezione introduttiva del fenomeno e la presentazione delle esperienze che seguiranno in laboratorio.

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