COSTRUZIONE E USO DIDATTICO DEL KIT INFN PER LA RIVELAZIONE DI PARTICELLE ARDUSIPM
V. Bocci, F. Iacoangeli
INFN - Roma 1

La costruzione di un rivelatore di particelle "fatto in casa" non è una cosa semplice data la difficoltà di reperimento di materiali e i relativi costi. Nell‘ambito delle ricerche istituzionali INFN abbiamo realizzato un rivelatore a scintillazione compatto ed economico, basato su Arduino Due, che racchiude tutte le funzionalità di un moderno detector di fisica delle particelle. ArduSipM sarà utilizzato dalla scuola di Fermo vincitrice del CERN beamline for schools 2017 nel loro esperimento al CERN per la rivelazione della radiazione Cherenkov. Durante la giornata verrà mostrato come assemblare il rivelatore, come utilizzare i programmi di acquisizione e controllo, verranno spiegate le sue funzionalità e si imparerà come usarlo in esperienze didattiche per la rivelazione di raggi cosmici o misure di radiazione ambientale.
Il Kit, completo di tutto il necessario, è acquistabile da terze parti sotto licenza INFN https://www.asimmetrie.it/as-illuminazioni-rivelatori-fai-da-te

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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 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.

BRUNO, PIERRE E IL MISTERO DELLA CARICA PERDUTA: PERCORSO STORICO E SPERIMENTALE ALLA SCOPERTA DEI RAGGI COSMICI.
P. Ciambrone, C. Gatti, D. Di Bari

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

DISPOSITIVI FOTOVOLTAICI INNOVATIVI
P. Bernardoni
Univ. di Ferrara

Il laboratorio consiste in un'introduzione alla fisica dei semiconduttori, dei dispositivi fotovoltaici e dei LED.
Verranno illustrate le caratteristiche fisiche dei semiconduttori e come sia possibile impiegarli per lo sfruttamento dell'energia solare, al termine dell'introduzione teorica si passerà alla misura sperimentale della curva caratteristica corrente-tensione di una cella solare dalla quale se ne ricaveranno i principali parametri elettrici

TECNICHE DI DIAGNOSTICA PER LA CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI COSTITUENTI I BENI CULTURALI: DALLE SORGENTI CONVENZIONALI ALLA LUCE DI SINCROTRONE
M. Angelucci, M. Cestelli Guidi, L. Pronti, M. Romani, G. Viviani

Dopo aver presentato una panoramica delle tecniche analitiche per la caratterizzazione dei materiali costituenti i beni culturali, che usano sorgenti convenzionali nel range spettrale dai Raggi X all’Infrarosso, verrà affrontato l’utilizzo della luce di sincrotrone per esperimenti di spettroscopia infrarossa su sezioni stratigrafiche di opere pittoriche.
Infine verrà realizzato un esperimento nel laboratorio DAFNE-Luce sulla beamline SINBAD (Syncrotron Radiation based Fourier Transform Infrared Spectroscopy) che prevede l’applicazione della spettroscopia infrarossa su microframmenti provenienti da opere d’arte.

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Lab. Dafne Luce
Ed. 12

IL CODICE DELLA COMPLESSITA’
B. Sciascia, M. Giordano (Docente AFAM – CdL in “Musica Elettronica” a L’Aquila e Roma – ed educatore digitale)

Laboratorio software tramite NetLogo ideato per un approccio facilitato alla programmazione e alla simulazione di sistemi complessi.
Requisiti: qualche esperienza di programmazione (qualsiasi linguaggio).
E' richiesto il proprio computer

“I ragazzi di oggi crescono in un contesto educativo e comunicativo che propone visioni semplificate e riduzionistiche dei processi e dei fenomeni del mondo reale, mentre loro si troveranno ad agire in un mondo sempre più pervaso dalla complessità, nel quale le illusioni del controllo assoluto dei processi e del determinismo funzionale generano chimere, frustrazioni e dialettica disfunzionale.
Il tema dei sistemi complessi, che è intrinsecamente multidisciplinare, è un terreno nel quale le conoscenze acquisite in diversi campi disciplinari possono trovare nuove modalità di espressione e nuove connessioni per contribuire alla costruzione di una visione del mondo e della conoscenza che sia adeguata alle sfide del tempo presente.
E’ importante proporre già dalla scuola secondaria lo conoscenza della complessità e dei sistemi complessi, al di là di slogan e frasi fatte, con competenza e rigore, ma senza trascurare le modalità di apprendimento basate sull’analisi di casi reali e sulla sperimentazione condotta in ambienti software didattici che implementano modelli di simulazione. In questo laboratorio, oltre a tracciare un identikit teorico di un sistema complesso, lavoreremo con NetLogo, un ambiente software concepito e realizzato per facilitare l'approccio alla programmazione e alla simulazione di sistemi complessi.”

Aula Salvini
Ed. 36

ALFA, BETA, GAMMA: ALLA SCOPERTA DELLA RADIOATTIVITA'
D. Domenici

All'inizio del '900, i misteriosi "raggi" emessi dai nuclei radioattivi vennero battezzati alfa, beta o gamma a seconda del loro comportamento in un campo magnetico. Oggi sappiamo che si tratta di particelle ben note, di cui conosciamo massa e carica elettrica. La spettroscopia è la misura della loro energia, che permette di identificare univocamente i decadimenti nucleari da cui provengono. E' una tecnica di indagine della materia molto potente, che si applica tanto all'astrofisica quanto ai beni culturali, consentendo di capire il contenuto di una stella o di una tela di Leonardo.
Per le misure verrà usato un rivelatore di particelle economico come lo scintillatore, accoppiato a un sensore di ultima generazione, il fotomoltiplicatore al silicio.

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

Materiale (consultare prima della partecipazione)

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 trenino con superconduttori ceramici su una ferrovia magnetica e di un piccolo magnete su un superconduttore. inoltre sarà presentata la misura di suscettività magnetica di un superconduttore in funzione della temperatura. Verrà effettuata una lezione introduttiva del fenomeno e la presentazione delle esperienze che seguiranno in laboratorio.

SORGENTI DI PLASMA PER L’ACCELERATORE DI PARTICELLE
A. Biagioni, G. Costa

Il termine ‘compattezza’ è ormai ricorrente anche nel campo degli acceleratori di particelle. Sicuramente tale termine può sembrare in netta contraddizione con l’acceleratore LHC del CERN, dove ben 27 km di lunghezza sono capaci di spingere fasci di particelle a energie prossime a quelle delle reazioni stellari. Accanto ad acceleratori di questo tipo, negli ultimi anni, è nata l’esigenza di avere a disposizione strutture ‘poco ingombranti’ e capaci di fornire fasci di particelle ugualmente energetici, necessarie per applicazioni sia industriali sia mediche, le quali impiegano la maggioranza delle diverse decine di migliaia di acceleratori attualmente in funzione nel mondo. Questo risultato non è ottenibile con le tecniche di accelerazione convenzionali basate su impulsi a radiofrequenza e, di conseguenza, sono in fase di sperimentazione diverse nuove metodologie, fra le quali la più promettente è quella basata sulle ‘scie di plasma’ (Plasma Wakefield Acceleration). In questa tecnica, il pacchetto di particelle accresce la sua energia seguendo la scia delle onde di plasma, proprio come farebbe un surfista che scivola lungo la cresta delle grandi onde marine, riuscendo a essere anche più veloce di queste ultime. Le tecniche per far raggiungere la condizione di plasma, il nostro ‘mare’, a un gas neutro  (idrogeno) e la capacità di confinarlo in sottili strutture di pochi millimetri rappresentano una delle più grandi sfide per arrivare a costruire i cosiddetti ‘plasma-based accelerators’, i quali promettono di essere anche 100 volte più compatti di quelli attuali. La formazione e il confinamento del plasma per l’accelerazione di particelle sarà argomento del gruppo di lavoro.

MECCANICA QUANTISTICA
S. Bertelli

Il percorso proposto è dedicato all‘introduzione dei temi che hanno portato allo sviluppo della meccanica quantistica e verrà strutturato in una parte teorica e in una parte sperimentale. Nella sessione sperimentale verrà realizzata la misura della costante di Planck a partire dalla misura della tensione di conduzione di due LED che emettono su lunghezze d‘onda diverse e verranno condotti esperimenti relativi all'effetto fotoelettrico.

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Aula Biblioteca
Ed. 36

RIVELAZIONE DI PARTICELLE CON MATERIALI SCINTILLANTI E FOTOMOLTIPLICATORI AL SILICIO DI NUOVA GENERAZIONE
R. Gargiulo, S. Giovannella, D. Paesani

L’attività sperimentale proposta è incentrata sulla tecnica di rivelazione di particelle basata su materiali scintillanti. Verrà fornita una breve descrizione dei calorimetri a scintillazione illustrando la loro applicazione per l’esperimento Mu2e, mostrando un prototipo su grande scala, denominato Modulo-0. Verrà poi presentato l’uso degli scintillatori plastici, letti con fotomoltiplicatori al silicio, come rivelatori di posizione e di tempo di arrivo per la ricostruzione dei raggi cosmici che incidono sul Modulo-0. Scopo dell’esperienza pratica è lo studio della dipendenza della risposta di energia e tempo dalla posizione di impatto sullo scintillatore.

Lab. Gran Sasso

NANOTECNOLOGIE PER IL MONITORAGGIO AMBIENTALE
A. Gaiardo, P. Tosato, M. Valt
Fondazione Bruno Kessler

La qualità dell’aria che respiriamo costituisce una tematica sempre più centrale nella società contemporanea; il suo monitoraggio puntuale e distribuito diventa sempre più accessibile grazie a sensori a basso costo basati sulle nanotecnologie.

La lezione verrà strutturata in un’introduzione alle nanotecnologie e ai metodi di caratterizzazione chimico-fisiche utilizzate nella realizzazione di sensori a stato solido basati su semiconduttori nanostrutturati e in attività hands-on di integrazione hardware e software. Alcuni di questi dispositivi sono prodotti presso la Fondazione Bruno Kessler e altri sono disponibili commercialmente a basso costo, l’integrazione avverrà su piattaforme consolidate e di facile reperibilità come Raspberry Pi e STM32-Nucleo.

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Aula B. Touschek
Ed. 36

SIMULAZIONE DI EVENTI A LHC: DALLA GENERAZIONE ALLA RICOSTRUZIONE
G. Corcella, M. Testa

Il gruppo lavorerà sulla simulazione e ricostruzione di eventi al Large Hadron Collider (LHC). Dopo un'introduzione teorica alla fisica dei generatori di eventi Monte Carlo, i partecipanti impareranno ad utilizzare i programmi più moderni, quali MadGraph o PYTHIA, al fine di simulare eventi a LHC e ricostruire le particelle presenti nello stato finale. Verranno studiati con particolare riguardo campioni di eventi con la produzione di bosoni di Higgs o di particelle predette in teorie oltre il Modello Standard.

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Aula Master
Ed. 4

TECNOLOGIE DI CHANNELING AVANZATE: DAGLI ONDULATORI DI CRISTALLO ALLE GUIDE D'ONDA CAPILLARI
S. B. Dabagov, V. Guglielmotti, D. Hampai

Questo seminario descriverà ai partecipanti lo stato degli studi presenti e gli eventuali possibili sviluppi futuri nelle tecnologie di channeling applicate alla fisica dei raggi X (per la maggior parte ottiche policapillari a raggi X applicate alle tecniche CT, XRF, TXRF). Una volta introdotto l‘argomento, i partecipanti saranno invitati a seguire varie attività sperimentali e tecnologiche a XLab Frascati dei Laboratori Nazionali di Frascati. Il Channeling è un fenomeno ben noto correlato al moto di particelle cariche in cristalli allineati. Recenti studi hanno dimostrato la fattibilità di applicare i fenomeni di channeling per la descrizione di altri diversi meccanismi di interazione tra particelle cariche e neutre in solidi, plasmi e campi elettromagnetici dagli studi basati su ondulatori di cristalli, collimatori e acceleratori fino ad elementi ottici per raggi X e neutroni basati su sistemi di capillari.

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XLAB
Ed. 57

DALLE LEGGI DI KEPLERO AI BUCHI NERI: SPERIMENTARE LA GRAVITA' IN CHIAVE MODERNA IN CLASSE
I. De Angelis, A. Postiglione
Dipartimento di Matematica e Fisica dell’Università Roma Tre e INFN Sezione di Roma Tre

In questa attività vedremo come si possono sperimentare anche in classe alcuni fenomeni riguardanti la gravità: come si muovono la Luna, i pianeti e le stelle, come fa una navicella a viaggiare nello spazio, come le masse riescono a deformare lo spazio-tempo, cosa sono i buchi neri e le onde gravitazionali, cosa dice la Relatività Generale di Einstein. Dopo una prima parte dimostrativa, i partecipanti costruiranno e useranno uno spazio-tempo fai-da-te costituito da un kit low-cost e che può essere usato facilmente in classe, con il quale impareranno a sperimentare in prima persona diversi fenomeni. Ai partecipanti sarà anche fornito un manuale che raccoglie i trucchi e le linee guide ricevute dalle tutor durante l’attività.

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Aula Bernardini
Ed. 26

MISURE DI RAGGI X AD ALTISSIMA PRECISIONE CON UNO SPETTROMETRO DI BRAGG
S. Manti, A. Scordo

La spettroscopia a raggi X è una delle tecniche più utilizzate in tantissimi campi della fisica fondamentale e applicata; in particolare, le misure ad altissima risoluzione, che permettono di misurare l'energia dei fotoni X con precisioni dell'ordine dello 0,005% (0,5 eV per un fotone da 10000 eV), rappresentano una tecnologia cruciale per moltissime applicazioni sia di fisica fondamentale (come ad esempio gli atomi esotici) che di fisica applicata (ad esempio le stime di qualità di cibi e bevande).
In questo gruppo di lavoro, dopo una introduzione teorica alla tecnica sperimentale e una panoramica sulle possibili applicazioni, i partecipanti effettueranno misure con lo spettrometro VOXES cercando di capire come i vari parametri geometrici del setup influenzano la risoluzione delle misure, cercando anche eventualmente di comparare risultati sperimentali con simulazioni MonteCarlo.

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Laboratorio VIP/VOXES
Ed. 24