Fisica Nucleare e Subnucleare

Fisica Nucleare e Subnucleare

Fisica Nucleare e Subnucleare

La fisica delle particelle elementari (detta anche fisica subnucleare o fisica delle alte energie) cerca di rispondere alle seguenti domande:

  • Quali sono i costituenti fondamentali della materia?

  • Quali sono le forze con le quali interagiscono e che origine hanno?

La risposta a queste domande viene ricercata tramite un’indagine teorica e sperimentale cercando di interpretare fenomeni complessi in termini delle proprietà delle parti più semplici che li compongono e delle forze che intervengono a comporli. Attualmente, la teoria migliore che descrive la nostra conoscenza della fisica subnucleare è il Modello Standard. La scoperta recente (2012) del bosone di Higgs dopo una ricerca durata decenni rappresenta una grande passo avanti e permette finalmente di capire come le particelle acquistino la loro massa. Vi sono tuttavia un gran numero di domande di cui sono si conosce la risposta, anche nel Modello Standard: la speranza dei fisici è che gli esperimenti in corso possano scoprire nuovi fenomeni che vadano a completare la teoria esistente o che aprano fronti completamente nuovi.

Tra i problemi aperti che i fisici stanno studiando ricordiamo l’asimmetria materia-antimateria. Il Big Bang ha creato un egual numero di particelle e anti-particelle, ma l’universo è costituito solo di materia: cosa è successo a tutta l’antimateria? La violazione della simmetria tra materia ed antimateria è prevista dal Modello Standard e conosciuta sperimentalmente da più di 40 anni, tuttavia l’entità di questa asimmetria è troppo piccola: si devono cercare nuovi fenomeni!

CERN image

Evento (tracce di particelle) registrato con la Big European Bubble Chamber (BEBC) e migliorata in chiave artistica (Foto CERN, ).

Un altro problema aperto di importanza fondamentale è rappresentato dalla cosiddetta materia oscura, che costituisce circa il 90% della massa del nostro Universo, ma nessuno è stato finora in grado di rivelarla o descriverne la natura.

Gli esperimenti in fisica subnucleare richiedono l’uso di apparati grandi ed altamente complessi basati sulle ultime tecnologie nel campo dei rivelatori, dell’elettronica, dei sistemi di acquisizione dati e dei sistemi di reti e computer. Le collaborazioni che partecipano alla progettazione, costruzione e gestione di questi apparati sono composte da centinaia o anche migliaia di fisici provenienti da istituti e laboratori di tutto il mondo. Si tratta di esempi di cooperazione internazionale in cui i partecipanti (a partire dagli studenti nel corso del lavoro di tesi) possono acquisire esperienze e conoscenze fondamentali, non solo di natura tecnica ma anche umana visto l’elevatissimo numero di collaboratori stranieri.

Al tempo stesso è enorme l’impatto delle applicazioni di queste attività: basti pensare alle tecniche di adroterapia (cura di tumori con fasci di protoni e ioni), alla tomografia a emissione di positroni, alle tecniche di analisi dei materiali (anche per applicazioni nel campo dei beni culturali), ecc.

I fisici di Ferrara si occupano delle problematiche appena descritte collaborando ad esperimenti in laboratori internazionali, come ad esempio l’esperimento LHCb al CERN di Ginevra (Svizzera), BaBar a Stanford (USA), BESIII a Pechino (Cina), CLAS12 al JLAB di Newport News (USA), NA62 al CERN di Ginevra (Svizzera).

I due anni del corso di Laurea Magistrale in fisica prevedono tutti i corsi in inglese e, per gli studenti più interessati, possibilità di stage all’estero durante la tesi. Vi è inoltre la possibilità – durante il corso di studi – di partecipare ai programmi estivi (Summer Student) presso vari laboratori internazionali quali il CERN (Ginevra, Svizzera), FermiLab (Chicago, USA), SLAC (Stanford, USA), Juelich (Germania).

 

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