Cos’è e come funziona l’acceleratore LHC
Ma cosa è esattamente questo LHC e come funziona?
LHC (“Large Hadron Collider” letteralmente “Grande Collisore di Adroni”) è un acceleratore di particelle che si trova in Svizzera, presso il CERN di Ginevra, ed è il più grande acceleratore di particelle costruito al mondo; progettato per collisioni fra protoni e ioni pesanti (chiamati anche adroni). È composto da oltre 1600 magneti superconduttori, raffreddati alla temperatura di 1,9K (-271,25 °C quasi lo zero assoluto!!!) da elio liquido superfluido (un particolare stato fisico della materia), che ne aumenta la conducibilità.
Il funzionamento consiste in questo: accelerare due fasci di particelle che circoleranno in direzioni opposte, ciascuno contenuto in un tubo vuoto, che collideranno in quattro punti lungo l’orbita, in corrispondenza di antri nelle quali il tunnel si allarga, per lasciare spazio a grandi sale sperimentali. In queste stazioni vi sono i quattro principali esperimenti di fisica delle particelle: ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb ed ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Si tratta di enormi apparati costituiti da numerosi rivelatori, che utilizzano tecnologie diverse e opereranno intorno al punto in cui i fasci collidono. Nelle collisioni saranno prodotte, grazie alla trasformazione di una parte dell’altissima energia in massa, numerosissime particelle che attraverseranno i rivelatori, dove ne saranno misurate le proprietà. In più, ci sono altri due rivelatori minori che sono LHCf con lo scopo di simulare i raggi cosmici e TOTEM che dovrà misurare il comportamento del protone e la sua grandezza.
Ecco i loro obiettivi
– CMS: Compact Muon Solenoid, andrà a caccia del bosone di Higgs, la particella in grado di far aggregare tutte le altre particelle e dalla quale dipende la massa. Inoltre cercherà di spiegare, perché la materia ha finito con il prevalere sull’antimateria e indagherà sulla materia oscura. E’ un gigantesco rivelatore che contiene il più grande solenoide del mondo, pesante 12.500 tonnellate.
– ATLAS: A Toroidal Lhc Apparatus, alto come un palazzo di cinque piani, è il più importante rivelatore dell’Lhc. Oltre a dare la caccia al bosone di Higgs, materia oscura e antimateria, cercherà di verificare se in realtà le forze della natura sono una sola, se esistono superparticelle (o particelle ombra di quelle previste dalla fisica attuale) e se esistono anche nuovi mattoni della materia e nuove forze.
– ALICE: A Large Ion Collider Experiment, è un apparato alto 16 metri e lungo 20 che studia collisioni fra nuclei di piombo, anziché fra protoni. E’ qui, che i fisici sperano di riuscire a ricreare il plasma di particelle (quark e gluoni), ossia lo stato della materia esistito per pochi miliardesimi di secondo, subito dopo il Big Bang.
– LHCb: Large Hadron Collider beauty, cercherà di capire che cosa è successo fra materia e antimateria, subito dopo il Big Bang grazie ai suoi 435 metri quadrati di rivelatori.
Le principali finalità scientifiche
Lo scopo per cui è stato costruito l’acceleratore LHC, è quello di scoprire i segreti del Big Bang, rispondendo a queste domande:
- Qual è l’origine della massa? In particolare, esiste il bosone di Higgs, particella prevista nel Modello Standard, per dare origine alle masse delle particelle?
- Qual è l’origine della massa dei barioni? Generando del plasma di quark e gluoni, si verificherà l’origine non-perturbativa di una larga frazione della massa dell’universo?
- Perché le particelle elementari presentano masse diverse? In altri termini, le particelle interagiscono con il campo di Higgs?
- Sappiamo ora, che il 95% della massa dell’universo è costituita da materia diversa da quella ordinaria. Di che si tratta? In altre parole, cosa sono la materia oscura e l’energia oscura?
- Esistono le particelle supersimmetriche (SUSY)?
- Esistono altre dimensioni oltre alle tre spaziali e a quella temporale, come previste da vari modelli di teoria delle stringhe?
- Quali sono le caratteristiche della violazione di CP, che possono spiegare l’asimmetria tra materia e antimateria, cioè la quasi assenza di antimateria nell’universo?
I rischi che potrebbe produrre l’acceleratore LHC
Secondo alcuni, l’LHC potrebbe causare la distruzione della Terra. Secondo questi il CERN potrebbe:
- Creare un buco nero stabile;
- Creare strangelet, composti fatti da quark strange, che convertono la materia ordinaria in materia strana;
- Creare monopoli magnetici, che potrebbero catalizzare il decadimento dei protoni;
Pericolo buchi neri:
Per quanto riguarda i buchi neri, essi non sarebbero una minaccia perché:
- evaporerebbero in 10-27 secondi, a causa della radiazione di Hawking;
- se non evaporassero, questo vorrebbe dire che la meccanica quantistica è errata e ciò è altamente improbabile;
- pur ammettendo, che alcuni mini buchi neri, potessero non riuscire a raggiungere la velocità di fuga terrestre, il CERN sostiene che, anche se non evaporassero, i mini buchi neri ci metterebbero tempi enormi (dell’ordine di 1011 anni) per inghiottire la Terra, (si pensi che un mini buco nero divorerebbe la materia così lentamente, che per divorare un milligrammo di materia, ci vorrebbe più dell’età dell’universo).
- inoltre se i buchi neri prodotti dal LHC fossero una minaccia, allora le stelle di neutroni vivrebbero al massimo 100 milioni di anni. Sono state osservate, invece, stelle di neutroni con più di un miliardo di anni di età. Dunque la probabilità che venga distrutta la Terra è molto bassa, all’incirca 1 su 1022.
Pericolo strangelet:
Per quanto riguarda gli strangelet, (stati legati contenenti quark di tipo “strano” o “strange”) non sarebbero una minaccia perché:
- è improbabile che gli strangelet creatisi siano carichi negativamente (poiché il numero di quark strange è minore del numero di quark down e di quark up);
- pur ammettendo che si potessero creare all’LHC, alcuni strangelet abbastanza lenti da non rompersi e che siano quindi liberi di crescere, non sarebbero una minaccia perché:
- se i raggi cosmici generassero strangelet lenti e intrappolati nel campo magnetico galattico, finirebbero in nuvole di gas e dentro le stelle. Le frequenze di esplosioni simili a quelle delle stelle di neutroni lo smentiscono;
- man mano che cresce la densità di energia, diminuisce la probabilità che si generino strangelet, dunque non si potrebbero generare all’LHC.
Altri pericoli
Per quanto riguarda i monopoli magnetici, non sarebbero una minaccia perché:
- la Terra viene costantemente colpita da raggi cosmici di energia, anche enormemente superiore a quella dei fasci di LHC, senza che ciò causi alcun danno.
- lo stesso per il decadimento del falso vuoto (ramo della meccanica quantistica ma che in termini terrestri sarebbe “Vuoto Assoluto”) .
Il CERN, dopo accurati studi teorici, ha ribadito le conclusioni di una valutazione già fatta, secondo la quale non sussiste nessuno di questi pericoli.
Curiosità
- Sul sito web del CERN, è stata messa a disposizione in 1589 pagine e 115 megabyte, la documentazione completa riguardo gli esperimenti e l’intera struttura dell’anello e dei rilevatori posizionati al suo interno.
- L’evento del 10 settembre 2008 è stato trasmesso in diretta via Internet, dal Live Webcast del CERN e diffuso attraverso molti network europei.
- L’Imperial College di Londra, ha messo a disposizione un sito per monitorare in tempo reale l’utilizzo della LCG (Worldwide LHC Computing Grid), la griglia di elaboratori usata per la composizione e analisi dei dati, provenienti dagli esperimenti del LHC.
Fonte: http://marcoleonardi1991.wordpress.com/2008/09/12/cosa-e-e-come-funziona-l’acceleratore-lhc/
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