MESSAGGERI DELL'UNIVERSO: I RAGGI COSMICI E LA LORO VELOCITA'

L. Benussi, L. Passamonti, D. Pierluigi, A. Russo

L'esperimento e' finalizzato a semplici misure di grandezze fisiche (velocita' della luce nel vuoto, velocita' 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.

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Arduino e' un piattaforma hardware open source che consente di programmare ed utilizzare un microcontrollore in maniera semplice ed immediata. La sua popolarita' e' legata proprio alla semplicita' di utilizzo, alla varieta' di possibili applicazioni ed al basso costo.
Plasduino sfrutta queste caratteristiche per implementare un sistema di acquisizione dati adatto a semplici esperienze didattiche. In questo gruppo di lavoro vedremo come e' possibile acquisire tempi, temperature ed altre grandezze fisiche con Plasduino e studieremo alcuni esempi di esperienze di laboratorio che consentono di apprendere sia le leggi fisiche che le tecniche di analisi dati.

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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 caratteristiche di un rivelatore gravitazionale risonante, si misureranno alcune delle proprieta' dei materiali utilizzati, a temperatura ambiente e alla temperatura dell'azoto liquido.

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Il nostro mondo è popolato da tanti e diversi tipi di materiali: ciò che sorprende è che questa grande varietà di materia sia composta di pochi e relativamente semplici elementi chiamati atomi. Gli atomi, con la loro dimensione di un decimo di un nanometro (un decimo di miliardesimo di un metro) sono invisibili anche al migliore microscopio ottico. Per “vedere” gli atomi ed esplorare il mondo al di là delle sue proprietà macroscopiche, è necessaria una luce diversa da quella visibile, che siamo normalmente portati a considerare. Questa luce, o meglio i raggi X, hanno una lunghezza d’onda ben più corta della radiazione visibile e quindi adatta a studiare elementi piccoli come gli atomi. Gli acceleratori di particelle nati per studiare la fisica fondamentale, sono nel tempo diventati anche ottime sorgenti di luce (luce di sincrotrone) e in particolare di raggi X. Nell’anno internazionale della luce, è sicuramente interessante ed importante sottolineare l’evoluzione delle sorgenti di luce nel tempo, le loro caratteristiche e le nuove prospettive di ricerca che si aprono anche nell’ambito degli studi sulla struttura atomica della materia.

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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 (dualita' onda-corpuscolo, quantizzazione dei livelli energetici, principio d'indeterminazione, non-localita')

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(riservato alle matricole)

CARATTERIZZAZIONE DI MATERIALI MEDIANTE DIFFRATTOMETRIA A RAGGI X
G. Cappuccio, A. Raco, C. Veroli

L'esperimento vuole illustrare le possibilità analitiche offerte dalla diffrattometria a raggi X per l'analisi dei materiali solidi e delle polveri. 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 del laboratorio "Dafne Luce", seguirà nel laboratorio "XLab" la presentazione dell'apparato strumentale. Verrà raccolto un diffrattogramma da monocristallo di silicio e successivamente, dopo un cenno alle tecniche di preparazione, verrà raccolto un diffrattogramma da polvere di silicio con il riconoscimento del campione utilizzando una "database". Verranno inoltre presentate alcune problematiche analitiche con riferimento al settore dei beni culturali. Sara' distribuita ampia documentazione e bibliografia.

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CANCELLATO A CAUSA DI GUASTO TECNICO ALLE ATTREZZATURE UTILI ALL'ESPERIMENTO

ALICE e' uno dei quattro esperimenti del LHC ed e' 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 affrontera' 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.

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L'attivita' sperimentale sara' 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 sara' quello di comprendere vantaggi e svantaggi di queste nuove tecniche rispetto a quelle del passato.

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BRUNO, PIERRE E IL MISTERO DELLA CARICA PERDUTA: PERCORSO STORICO E SPERIMENTALE ALLA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI.
C. Gatti, G. Maccarrone

Nel 1785 Coulomb osserva che corpi carichi isolati perdono la carica spontaneamente. Come mai? Ci vorra' piu' di un secolo per risolvere questo mistero e scoprire il "colpevole". Partendo da questo aneddoto ripercorreremo una storia fatta da viaggi con palloni, immersioni sott'acqua, lingotti d'oro ed esperimenti sotto i bombardamenti, che porto' alla scoperta dei raggi cosmici e alla nascita della moderna fisica delle particelle. Seguendo le impronte di protagonisti come Bruno Rossi e Pierre Auger ripeteremo, nei limiti di tempo a noi concessi, alcune delle esperienze che portarono a queste grandi conquiste utilizzando rivelatori a scintillazione e altra strumentazione di laboratorio.

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SULLE TRACCE DELLE PARTICELLE: LA COSTRUZIONE DI UNA CAMERA A NEBBIA. PROPOSTA DIDATTICA PER DIVENTARE DEI "DETECTIVE DELLE PARTICELLE"
C. Curceanu, R. Fabrianesi, R. Giovannucci

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. Verra' 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".

DAL GRANDE AL PICCOLO: NANOSTRUTTURE E MICROSCOPIA ELETTRONICA
S. Bellucci, S. Bistarelli, A. Cataldo, F. Micciulla

Le nanotecnologie costituiscono un nuovo approccio alla comprensione e la conoscenza approfondita delle proprieta' 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 proprieta', 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 tocchera' 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 cerchera' 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.

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Tecniche di diagnostica per i beni culturali: applicazioni della spettroscopia infrarossa allo studio della sezione stratigrafica di un'opera d'arte. APPLICAZIONE DEI RAGGI X

M. Cestelli Guidi, A. Gorghinian, M. Pietropaoli, G. Viviani

Il gruppo lavorera' sulla caratterizzazione, tramite spettroscopia infrarossa, dei materiali che compongono le sezioni stratigrafiche di un dipinto e sull'individuazione degli elementi presenti in un campione per mezzo della fluorescenza a raggi X (XRF). Nella prima parte della giornata verranno presentate le caratteristiche della luce di sincrotrone nell'infrarosso ed i suoi vantaggi nello studio dei manufatti artistici e l'applicazione dei raggi X in tecniche diagnostiche non distruttive nello studio di opere d'arte. Nel pomeriggio l'attivita' si spostera' nel laboratorio di luce di sincrotrone dove si potra' realizzare una misura di microscopia infrarossa su provini e su campioni prelevati da opere d'arte per la generazione delle immagini stratigrafiche. Successivamente nel laboratorio di radioprotezione si esaminerano campioni di tipo diverso per mezzo della XRF.

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Aula Calcolo
Ed. 14

Lab. Dafne Luce
Ed. 12

Lab. Fisica Sanitaria
Ed. 15

SUPERCONDUTTIVITA' E L'EFFETTO MEISSNER NEI SUPERCONDUTTORI CERAMICI GRANULARI AD ALTA TEMPERATURA
D. Di Gioacchino

Lo scopo dell'incontro è conoscere il fenomeno superconduttivo. Sperimentalmente sara' caratterizzato l'effetto "Meissner" di un materiale superconduttore ceramico. Sara' mostrata la levitazione di un trenino con superconduttori ceramici su una ferrovia magnetica e di un piccolo magnete su un superconduttore. inoltre sara' presentata la misura di suscettivita' magnetica di un superconduttore in funzione della temperatura. Verra' effettuata una lezione introduttiva del fenomeno e la presentazione delle esperienze che seguiranno in laboratorio.

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