L'esperimento è 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 farà uso di semplici strumenti statistici.

Arduino è una piattaforma hardware open source che consente di programmare ed utilizzare un microcontrollore in maniera semplice ed immediata. La sua popolarità è legata proprio alla semplicità di utilizzo, alla varietà 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 è 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.

Aula Direzione
Ed. 1

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 proprietà dei materiali utilizzati, a temperatura ambiente e alla temperatura dell'azoto liquido.

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 frazioni di 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 che non è quella visibile. 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. Studieremo l’evoluzione delle sorgenti di luce di sincrotrone, le loro caratteristiche e le nuove prospettive di ricerca che si aprono anche nell’ambito degli studi sulla struttura atomica della materia.

L' attività di questo gruppo di lavoro sarà 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)

Aula Seminari
Ed. 36

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. Sarà distribuita ampia documentazione e bibliografia.

Aula Conversi
Ed. 57

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.

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

Nel 1785 Coulomb osserva che corpi carichi isolati perdono la carica spontaneamente. Come mai? Ci vorrà 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.

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. 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".

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 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.

Il gruppo lavorerà 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'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. Successivamente nel laboratorio di radioprotezione si esaminerano campioni di tipo diverso per mezzo della XRF.

Lab. Dafne Luce
Ed. 12

Lab. Fisica Sanitaria
Ed. 15

BTF
C. Di Giulio, L. Foggetta, A. Luis Rossi, R. Zarlenga, P. Valente (ospite)

La Beam-Test Facility (BTF) dei LNF è una linea di estrazione di elettroni e positroni per lo sviluppo, la calibrazione e il test di rivelatori di radiazione ionizzante, utilizzata anche per esperimenti di fisica fondamentale.

L'ELETTRONICA NEL MONDO DELLA FISICA DELLE PARTICELLE: DAI PRIMI ESPERIMENTI DI ALTE ENERGIE FINO AI NOSTRI TEMPI
M. Poli Lener, U. Denni, E. Capitolo, P. Albicocco

L’evoluzione storica dell’elettronica ha permesso di realizzare esperimenti sempre più complessi grazie alla notevole riduzione dei costi e alla sempre maggiore integrazione dei componenti.
La digitalizzazione dell’informazione e lo sviluppo dell’elettronica di consumo permettono anche la realizzazione di semplici esperimenti a bassissimo costo.
Realizzeremo due esperienze di fisica fondamentale relative alla misura di due costanti universali allo scopo di dimostrare come sia semplice usare elettronica e informatica insieme, la costante di Planck e la costante di gravitazione universale. Le esperienze proposte sono basate sul concetto di un elettronica “opensource” a basso costo che ne consente una facile riproduzione in ambito scolastico.
Non si richiedono competenze particolari è sufficiente una conoscenza basilare di Fisica e Matematica.

MISURA DELLA VITA MEDIA DEL MESONE D0 USANDO I DATI DELL'ESPERIMENTO LHCB
B. Sciascia, R. Vazquez Gomez

La teoria delle interazioni forti ed elettrodeboli, il cosiddetto modello standard, è stato confermato da decenni di esperimenti agli acceleratori che ne hanno ribadito la validità e ha ottenuto successi strepitosi, come la scoperta del bosone di Higgs. Eppure da anni i fisici sono alla ricerca di “nuova fisica” oltre il modello standard. Questa necessità di 'andare oltre' nasce dall’impossibilità del modello stesso nello spiegare fatti sperimentali quali la natura della materia oscura o la predominanza della materia sull’antimateria (detta bariogenesi). Infatti, nonostante il modello standard includa piccole differenze tra materia e antimateria, esse sono troppo piccole per spiegare la formazione dell’Universo come lo conosciamo. La differenza tra materia e antimateria è stata osservata prima nel sistema dei mesoni K (1964) e poi in quello dei mesoni B (2001), mentre nonostante molti tentativi non è ancora stata osservata nei mesoni D. Lo studio accurato delle proprietà di questi ultimi, prodotti in grandi quantità dalle collisioni protone-protone a LHC e raccolti dall’esperimento LHCb, è una delle strade aperte per cercare indicazioni sulle caratteristiche della nuova fisica, in particolare per spiegare la bariogenesi. Il campione di dati usato per questa esercitazione è stato raccolto nel 2011 dall’esperimento LHCb ed è stato selezionato in modo da contenere un alto numero di candidati mesoni e antimesoni D0. Dopo una breve introduzione al rivelatore LHCb e alla fisica dei mesoni D0, l’esercitazione permetterà di ripercorrere tutti i passi, dalla selezione degli eventi alla stima della sistematiche, necessari a misurare la vita media del mesone D0.
I dati e le relative istruzioni sono liberamente disponibili sul sito delle International MasterClasses (http://lhcb-public.web.cern.ch/lhcb-public/en/LHCb-outreach/masterclasses/en/)
e la misura è adatta per essere ripetuta con gli studenti degli ultimi anni.

30

Aula Master
Ed. 4