Il più grande dispositivo al mondo (III parte)

Riassunto delle puntate precedenti…

Al confine tra Svizzera e Francia, vicino Ginevra, c’è un posto che si chiama CERN. Nei vari edifici, i moderni alchimisti gli scienziati del CERN studiano le strutture fondamentali dell’universo. Disperdono fotoni e altre particelle quasi alla velocità della luce e le fanno scontrare, creando plasma di quark e gluoni e altri fenomeni fisici misteriosi. Applicano poteri sovrumani di intelligenza (matematica, fisica, fisica nucleare, meccanica quantistica ecc.), ingegneria e informatica per verificare i risultati delle collisioni tra le particelle.

Siamo stati al CERN la settimana scorsa e ci hanno fatto fare una bella visita guidata. Abbiamo scattato anche un sacco di foto…

Il primo acceleratore di particelle che abbiamo visto si chiama LEIR (Low Energy Ion Ring). Innanzitutto gli ioni passano dall’acceleratore lineare LINAC-3 al LERI, poi attraverso un anello PS (Proton Synchrotron) e infine attraverso altri acceleratori, tra cui il Large Hadron Collider (LHC).

L’LHC è ora un mega dispositivo, con i suoi 27 chilometri di lunghezza ed è ubicato sottoterra (per ragioni pratiche ma anche per evitare che l’atmosfera possa interferire nei risultati). È pieno di tantissimi dispositivi speciali per la dispersione delle particelle atomiche, la collisione e la registrazione dei risultati.

I fasci di particelle viaggiano nel vuoto lungo due tubi in parallelo (in direzione opposta) e in un determinato punto collidono tra loro. I fasci sono condotti nell’acceleratore mediante un forte campo magnetico creato da magneti dalle grandi capacità di conduttività, che si ottiene attraverso un gel liquido raffreddato. Tutto il processo consuma circa 180 megawatt di elettricità presi dalla Francia.

L’LHC ha questo aspetto:

Per lavorare con questi marchingegni sono state inventati alcuni artifici tecnici davvero interessanti. Ad esempio, per via del raffreddamento mediante gel liquido (a 271 °C, a due gradi dallo zero assoluto), le component del ferro si contraggono per cui i tubi devono essere costituiti di “manicotti” in grado di tollerare importanti cambiamenti nelle dimensioni.

Raggiunto lo stato di superconduttore, il sistema elettrico dell’LHC deve entrare in contatto que dei cavi più “terrestri”, che lo alimentano e lo scaldano con 180 megawatt di energia, la quale deve essere trasmessa ma senza che passi anche il calore. Si tratta solo di una delle difficoltà dal punto di vista ingegneristico che l’LHC affronta nel fare il suo lavoro. Ma ce ne sono molte altre…

1) Tutti i protoni dispersi dall’LHC provengono da un atomo di idrogeno. Al giorno vengono impiegati solo 2 nanogrammi di idrogeno. Messa in un altro modo, per ottenere un solo grammo di idrogeno, l’LHC dovrebbe effettuare l’operazione di raffreddamento  per un milione di anni!

2) I protoni a pieno regime viaggiano lungo l’LHC a una velocità dello 0,9999999991 vicina a quella della luce. Ogni protone viaggia lungo l’anello di 27 km circa 11 mila volte al secondo;

3) L’energia cinetica utilizzata per disperdere questa particella di materia equivale a quella impiegata da un treno o un aereo che viaggia ad alta velocità;

4) La pressione dei tubi dell’LHC è circa 10 volte inferiore rispetto a quella della Luna (si tratta del cosidetto “vuoto alto”);

5) Il tunnel LHC ha una leggera inclinazione (solo 1,4%). Serve per compensare le differenze nella composizione del terreno sottostante. Il lato del tunnel che dà al lago di Ginevra si trova a 50 metri dalla superficie, il lato francese, invece, a 175 metri;

6) La superconduttività dei magneti (che serve per gestire i protoni) si ottiene grazie a dei cavi che contengono sottili fibre di niobio di soli 7 micrometri (0,007 mm), più sottile di un capello umano. Se collocassimo tuttti i filamenti di nobio dell’LHC l’uno affianco all’altro, si coprirebbe per ben sei volte la distanza dal Sole (andata e ritorno), e ne avanzerebbe per andare sulla Luna e tornare per altre 75 volte!

Insomma, l’avete capito: si tratta di un sistema complesso e colossale.

Ovviamente si tratta di un sistema molto costoso (e non sono previsti benefici commerciali per i prossimi anni). È normale, quind,i che non sia un unico paese ad accollarsi le spese. Sono tanti i paesi che danno il loro contributo al CERN e allo sviluppo dell’LHC. In questo manifesto sono elencati tutti i paesi che vi contribuiscono (mi ha molto meravigliato la grande partecipazione dell’Italia, per non parlare del paese con la bandiera dalle strisce bianca, rossa e blu orizzontali). 🙂

La mancata presenza del Regno Unito non mi sorprende 🙂

Purtroppo non siamo stati autorizzati ad entrare nel tunnel dell’LHC per questioni tecniche. Siamo riusciti solo ad entrare in uno dei tunnel laterali lunghi 100 metri che portano all’acceleratore. La prossima volta spero avremo occasione di vedere tutto con i nostri occhi. Quando l’acceleratore è in funzione, per questioni di sicurezza nessuno può entrare nel tunnel.

A proposito di sicurezza…

Gli acceleratori (soprattutto quelli grandi) sono dispositivi estremamente complicati e costosi. Non possono far danni al resto del mondo (al massimo un buco di vari metri di diametro), ma possono creare danni a se stessi. Cercate su Internet “Hadron Collider crash” e vedrete.

L’intero sistema è dotato di misure di sicurezza che agiscono su più livelli. Qualsiasi superficie è coperta di sensori, esistoni diversi meccanismi di blocco, comandi, luci, cartelli di “Proibito l’accesso” e così via. Se qualcosa all’improvviso dovesse andare storto, entra in funzione un blocco di emergenza che estingue i neutroni in 4 cicli ( ovvero in 2.500 parti di secondo!).

Alla luce di quanto detto, sono piuttosto sicuro che le infrastrutture fisiche del CERN siano davvero in buone mani. Tuttavia, per quanto riguarda la rete di computer che raccolgono e gestiscono quantità infinite di dati, non sono altrettanto sicuro, anzi.

Il CERN dispone di un centro dati gigantesco, grazie al quale sono nate le più grandi invenzioni del settore che hanno cambiato il mondo (ricordate un certo World Wide Web?), ed esiste anche un grande sistema grid.  Il livello di computerizzazione è massimo e, senza certe infrastrutture, nessun esperimento fisico sarebbe possibile. I mega computer e le reti del CERN necessitano una protezione costante dai malware e dagli attacchi hacker, di cui il CERN si occupa costantemente. Purtroppo è così che funziona il mondo al giorno d’oggi. Ed ecco che interveniamo noi!

Passiamo al senso dell’umorismo qui al CERN.

Ebbene sì, gli scienziati sono esseri umani che sanno far divertire. Ecco la prova.

“Fascio (di particelle), da questa parte”. Per evitare che si vada dal lato sbagliato.

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Antimateria? Wow. Questo sì che spaventa. Il materiale dei sogni di astronauti e soldati. Ecco il perché: 1 grammo di antimateria + 1 grammo di materia = un’esplosione pari a 12 bombe atomiche messe insieme.

Ma non dobbiamo pensare sempre in maniera troppo negativa.

È vero, le armi del futuro nasceranno qui, ma anche le nuovi fonti di energia del futuro. E sicuramente ci saranno tante altre invenzioni positive, che avverranno per caso, come spesso accade quando si realizzano esperimenti scientifici. Si è alla ricerca di qualcosa e alla fine se ne trova una totalmente diversa, inaspettata e forse migliore dell’originale. Effetti collaterali positivi, un po’ come la penicillina. 🙂

Sull’hangar ho visto volare degli uccelli; saranno anti-uccelli ho pensato. E quel gatto che ho visto… sicuramente era un anti-gatto.

Cos’altro dire sulla natura positiva delle cose? Ci hanno dato gentilmente un paio di chili di antimateria! Purtroppo, non ce l’hanno fatta portare in aereo, neanche se avessimo voluto imbarcarla.

Nel CERN sono registrati solo dai 5 ai 10 antiprotoni al secondo. E se aggiungiamo gli anti-elettroni, otteniamo allora l’anti-idrogeno. Ma il tempo ci rema contro, per ottenere un grammo di anti-idrogeno ci vorrebbe… l’età dell’universo.

Ok, ragazzi. Questo è tuttp sul CERN e sugli acceleratori di particelle.

Alla prossima!