Nei giorni che hanno preceduto la visita al CERN ho cercato di reperire qualche informazione per arrivare un po’ più preparata, ma come al solito di trasmissioni in tv che ne parlassero ovviamente non se ne parlava e quindi mi sono dovuta accontentare del dossier Le Scienze di Aprile che è capitato proprio a fagiolo. Abbiamo comunque colmato un po’ di lacune con la conferenza di presentazione la mattina dell’open day che ci ha tenuto una ricercatrice italiana, che si trova al CERN per conto dell’università del Michigan (eh sì che è proprio un bel giro!!!!) Innanzitutto è giusto ricordare che il CERN (European Organization for Nuclear Research) ovvero il più grande Laboratorio di Fisica delle Particelle del mondo intero, situato alla frontiera franco-svizzera nei pressi di Ginevra, è ritornato in auge come argomento perché quest’anno comincerà a funzionare il progetto LHC (Large Hadron Collider) ovvero il più potente acceleratore di particelle mai costruito in un tunnel circolare di 27 km di circonferenza a 100 m di profondità (che in realtà era già stato costruito per il precedente acceleratore). Per studiare le collisioni sono stati costruiti 4 giganteschi apparati sperimentali.
Al CERN vi saranno gli esperimenti più giganteschi e complicati nella storia della scienza, con i computer più veloci ed i magneti più potenti sulla faccia della Terra, in cui si raggiungeranno le temperature più fredde dell’intero Universo!
Per parlare dell’LHC partiamo dal nome:
- Collider = collisionatore: serve a far scontrare fasci di particelle ad alta energia
- Hadron = adroni: le particelle che si scontrano sono protoni, fatti di quarks. Tutte le particelle costituite da quarks appartengono alla famiglia degli adroni
- Large: 27 km di circonferenza!
Che cosa si cerca di scoprire con questo nuovo acceleratore, al CERN? La risposta a questa domanda è principalmente il Bosone di Higgs, una particella predetta ma non ancora rilevata, che fornirebbe una risposta alla ricerca della simmetria in fisica delle particelle. Parallelamente in chimica è stata la ricerca per il completamento della tabella periodica degli elementi, dove esiste una legge che ha permesso di scoprire nuovi atomi, e quindi nella fisica di particelle, appunto nuove particelle.
Facendo un passo indietro, nel 1964, Murray Gell-Mann e George Zweig suggerirono che le centinaia di particelle che erano state scoperte all’epoca potevano essere spiegate come combinazioni di 3 sole particelle fondamentali, i “quarks”. Ai 3 quarks ipotizzati da Gell-Mann, se ne sono aggiunti altrettanti ed inoltre ci sono i leptoni.
Tutta la materia visibile è composta dalle particelle di prima generazione. I quark up e down compongono protoni e neutroni all’interno dei nuclei degli atomi, e gli elettroni sono in orbita intorno ai nuclei. Tutte le particelle di seconda e terza generazione sono instabili e decadono rapidamente in particelle di prima generazione. E allora come facciamo a sapere che esistono?
Riassumendo velocemente possiamo dividere le particelle costituenti la materia in tre generazioni: la materia ordinaria è composta di particelle di prima generazione, mentre le particelle di seconda e terza generazione sono instabili e decadono rapidamente in particelle di prima generazione.
Facendo un passo indietro, nel 1964, Murray Gell-Mann e George Zweig suggerirono che le centinaia di particelle che erano state scoperte all’epoca potevano essere spiegate come combinazioni di 3 sole particelle fondamentali, i “quarks”. Ai 3 quarks ipotizzati da Gell-Mann, se ne sono aggiunti altrettanti ed inoltre ci sono i leptoni.
Tutta la materia visibile è composta dalle particelle di prima generazione. I quark up e down compongono protoni e neutroni all’interno dei nuclei degli atomi, e gli elettroni sono in orbita intorno ai nuclei. Tutte le particelle di seconda e terza generazione sono instabili e decadono rapidamente in particelle di prima generazione. E allora come facciamo a sapere che esistono?
Riassumendo velocemente possiamo dividere le particelle costituenti la materia in tre generazioni: la materia ordinaria è composta di particelle di prima generazione, mentre le particelle di seconda e terza generazione sono instabili e decadono rapidamente in particelle di prima generazione.
Inoltre il Modello Standard ovvero la nostra teoria delle particelle, dà una descrizione matematica delle 12 particelle fondamentali (e antiparticelle) e di tre forze ma la forza di gravità non vi è ancora inclusa.
Alcune delle domande alle quali i fisici del CERN si propongono di rispondere sono: perchè esistono le generazioni di materia? Perchè tre? Perchè ci sono esattamente 12 particelle fondamentali? E sono davvero fondamentali o sono composte da altre? Esistono veramente le particelle associate alla forza gravitazionale, i gravitoni?
Per arrivare a rispondere a queste domande con LHC si cerca di ricreare le condizioni esistenti una minuscola frazione di secondo dopo il Big Bang. Facendo collidere protoni con energia di 7+7 TeV (Teraelettronvolt). La cosa impressionante è che 1 TeV e’ l’energia di una zanzara in volo, ma all’LHC però concentrano questa energia in uno spazio che e’ un milione di milioni di volte più piccolo.
Milioni di miliardi di protoni percorreranno quindi l’anello di 27 km di circonferenza in direzioni opposte, viaggiando allo 0.999999991 % della velocità della luce. I pacchetti di protoni si scontreranno ogni 25 ns cioè 40 milioni di volte al secondo generando temperature 100 000 volte superiori a quelle dell’interno del Sole, ma in uno spazio infinitesimo.
Attorno ai punti di collisione sono stati costruiti 4 giganteschi apparati sperimentali situati per osservare cosa avviene: CMS, LHCb e ALICE e ATLAS, di cui l’ultimo è quello che abbiamo visitato durante la nostra visita. Questi rivelatori di particelle per LHC sono alti come palazzi di 5 piani e pesano quanto e piu’ della Torre Eiffel.
Alcune delle domande alle quali i fisici del CERN si propongono di rispondere sono: perchè esistono le generazioni di materia? Perchè tre? Perchè ci sono esattamente 12 particelle fondamentali? E sono davvero fondamentali o sono composte da altre? Esistono veramente le particelle associate alla forza gravitazionale, i gravitoni?
Per arrivare a rispondere a queste domande con LHC si cerca di ricreare le condizioni esistenti una minuscola frazione di secondo dopo il Big Bang. Facendo collidere protoni con energia di 7+7 TeV (Teraelettronvolt). La cosa impressionante è che 1 TeV e’ l’energia di una zanzara in volo, ma all’LHC però concentrano questa energia in uno spazio che e’ un milione di milioni di volte più piccolo.
Milioni di miliardi di protoni percorreranno quindi l’anello di 27 km di circonferenza in direzioni opposte, viaggiando allo 0.999999991 % della velocità della luce. I pacchetti di protoni si scontreranno ogni 25 ns cioè 40 milioni di volte al secondo generando temperature 100 000 volte superiori a quelle dell’interno del Sole, ma in uno spazio infinitesimo.
Attorno ai punti di collisione sono stati costruiti 4 giganteschi apparati sperimentali situati per osservare cosa avviene: CMS, LHCb e ALICE e ATLAS, di cui l’ultimo è quello che abbiamo visitato durante la nostra visita. Questi rivelatori di particelle per LHC sono alti come palazzi di 5 piani e pesano quanto e piu’ della Torre Eiffel.
