Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Percheʼ la fisica moderna 
 nella scuola. Guido Tonelli CERN/INFN/Universitaʼ di Pisa 1

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Cosa sappiamo veramente del nostro Universo?

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 3 Distribuzione della materia luminosa Luca Lista 3 Immagine ai raggi X e nel visibile (Chandra) Galaxy cluster 
 1E 0657-56, "bullet cluster

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 4 Distribuzione della materia luminosa Luca Lista 4 Distribuzione della massa La Fisica a LHC Luca Lista 4 Immagine dal gravitational lensing e nel visibile Galaxy cluster 
 1E 0657-56, "bullet cluster

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 La nostra ignoranza eʼ immensa. Energia Oscura 72% Materia Oscura 23% Materia conosciuta 5% “cioʼ che conosciamo sono poche gocce; quello che non conosciamo eʼ un oceano” Isaac Newton

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 La materia conosciuta eʼ fatta di particelle che interagiscono tramite forze portate da altre particelle. 6

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Lʼ unificazione delle forze: il sogno di generazioni di fisici. 7 big bang forte elettromagnetica debole gravità

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Hubble VLT Atomo Protone Big Bang Raggio della Terra Raggio delle galassie Distanze Terra Sole Universo LHC Le due frontiere della conoscenza sono intimamente connesse.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 9 Ogni vera avventura richiede una attrezzatura adeguata.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 10 Una inesauribile curiositaʼ. Una grande passione. Molto rigore logico ed un pizzico di matematica. Meccanica quantistica e relativitaʼ. I nostri attrezzi di base.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 11 Con LHC siamo entrati in una nuova era della scienza di base. Il Large Hadron Collider (LHC), una delle imprese scientifiche piuʼ ambiziose mai tentate fino ad ora. Lʼanello di LHC : 27 km di circonferenza. ALICE ATLAS CMS

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Cosa si cerca (ancora) ad LHC •  Cosʼeʼ la materia oscura che tiene insieme gli ammassi di galassie. •  Quante sono le forze che agiscono nel nostro universo e percheʼ sono cosiʼ diverse fra loro. •  Quante sono realmente le dimensioni in cui viviamo. Ci sono buoni motivi per pensare che la risposta a queste domande possa venire dallo studio delle collisioni ad altissima energia che avvengono in LHC. 12

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 ATLAS CMS 13 Per registrare e studiare le particelle prodotte nelle collisioni di LHC occorrono enormi apparati chiamati rivelatori.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 14 IL RIVELATORE ATLAS 44 m di lunghezza 25 metri di altezza 7500 tonnellate di peso Fabiola Gianotti Il “gigante” di LHC: ATLAS

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Un concentrato delle piu’ moderne tecnologie. 15

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 In cui lavorano migliaia di scienziati Collaborazioni che possono contare su ~1000 studenti e post-doc possono fare cose incredibili. Non esistono “missioni impossibili” quando si puoʼ contare su centinaia di giovani entusiasti. CMS: ~3300 scienziati ed ingegneri (compresi ~900 studenti) provenienti da 193 istituti di 40 paesi.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 L’elusiva particella, che e’ stata ipotizzata per spiegare l’origine della massa, e’ stata ricercata senza successo, per decenni, da migliaia di ricercatori di tutto il mondo e… quando molti cominciavano a dubitare della sua esistenza…… 17 La scoperta del bosone di Higgs

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 HZZ4 leptoni.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 I sette mesi che hanno cambiato la nostra fisica 13 Dic 2011 il I seminario 7 Feb. 2012 gli articoli 4 Lug 2012 il II seminario CMS 2.6σ CMS 3.1σ CMS 5.0σ ATLAS 3.6σ ATLAS 3.5σ ATLAS 5.0σ

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Prime implicazioni della scoperta. Come spesso succede, appena raggiunta una nuova certezza, ci poniamo subito una nuova serie di domande. Si tratta realmente del bosone di Higgs o ci siamo fatti “ingannare” da un “impostore”? Eʼ solo o eʼ accompagnato da una “famiglia” di nuove particelle? Eʼ elementare o composto, cioeʼ ha una struttura interna? E quali implicazioni ci sono per la nuova fisica?

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Cosa abbiamo imparato sulla nascita del nostro Universo 21 Dobbiamo ri-scrivere i libri di fisica 10-11 secondi dopo il Big-Bang, quando la temperatura era intorno ai 100GeV, un campo invisibile ha occupato ogni angolo dellʼ universo assegnando una specifica massa ad ogni altra particella. Come conseguenza di questo meccanismo gli ingredienti caotici dellʼ universo primordiale hanno cominciato ad attrarsi lʼun lʼaltro per formare atomi, gas, galassie, pianeti e, in ultima analisi, anche noi. Senza il bosone di Higgs non solo il Modello Standard non starebbe in piedi ma non si riuscirebbe a capire nulla dellʼ Universo che ci circonda.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Siamo nel bel mezzo di una vera rivoluzione scientifica le cui implicazioni saranno, forse, piu’ chiare solo fra qualche decennio. Un esempio delle nuove domande: il vuoto elettrodebole eʼ stabile ? Con un top quark cosi pesante ed un Higgs cosiʼ leggero, il vuoto eletrodebole, cioeʼ questa fragile impalcatura che regge il tutto da 13.7 miliardi di anni, sembra essere in un equilibrio meta-stabile, appesa fra lʼ instabilitaʼ che non avrebbe consentito allʼ Universo di vivere cosiʼ a lungo e la noiosa stabilitaʼ che, forse, non avrebbe consentito quella dinamica che ha portato fino a noi. Sembra quasi una metafora della nostra condizione umana.

Guido Tonelli CERN/INFN/UNIV.PISA Napoli 16 Aprile 2013 Una nuova generazione di fisici. 23 In Italia cʼeʼ una grande tradizione nella fisica sperimentale. La nostra forza sta tutta nella nostra capacitaʼ di formare giovani generazioni di fisici estremamente brillanti: fra i migliori al mondo. Se guardiamo indietro alla nostra vita di studenti, tutti ricordiamo un “insegnante” che ci ha “segnato per sempre”. E questo eʼ avvenuto in un qualche momento della scuola secondaria. Eʼ il periodo piu importante per la formazione delle giovani menti. Eʼ il momento giusto per scoprire il fascino e le sfide della fisica moderna.