febbraio 10, 2015
Il più grande dispositivo al mondo (II parte)
Bonjour mes amis!
Bene, nel post precedente eravamo agli antipasti, oggi passiamo al piatto principale, anzi, entreremo nelle viscere del CERN.
Scopriremo cosa succede dietro le mura di questi edifici al confine tra Svizzera e Francia dove i fisici nucleari studiano nel profondo la natura… della natura.
Una cosa… non aspettate che vi descriva con un linguaggio estremamente tecnico ogni dettaglio di ciò che succede negli acceleratori di particelle. Tra l’altro vi racconterò ciò che ricordo di un tour di ben quattro ore e considerando la vecchiaia che avanza… non posso ricordare tutto. Mi sono fatto aiutare dai miei compagni di viaggio A.B. e S.B. , per cui avrete abbastanza informazioni.
Prima di tutto, ancora una volta, una precisazione:
Cari fisici nucleari, ho un altro favore da chiedervi! Cercate di capire che sto cercando di spiegare in poche righe alcuni aspetti della fisica molto complicati (tecnologie, processi, esperimenti) e lo faccio come non esperto che cerca di svelare i più grandi misteri del mondo. Per cui, molto probabilmente troverete varie imprecisazioni. Siate clementi! Allo stesso modo, se tra i professionisti del settore c’è qualcuno che vuole aggiungere qualcosa, è benvenuto nella sezione commenti.
Tutti, o quasi tutti, avrete sentito parlare del Large Hadron Collider e del CERN.
Ma se ne avete solo sentito parlare e non avete dato uno sguardo al loro interno, tutto questo vi sembrerà molto astratto e confuso. Quando ricevere le spiegazioni in merito nel CERN, poco a poco ogni dettaglio diventerà più chiaro.
Prima un po’ di storia… il CERN ha iniziato a prendere vita negli anni ’50; da allora, il laboratorio è cresciuto e si è esteso organicamente. Pezzo dopo pezzo si è arrivati a collezionare un certo numero di acceleratori di ogni dimensione e utilità (ad esempio, per la dispersione e la ricerca su microelementi di ogni genere).
All’inizio si utilizzavano acceleratori relativamente piccoli (il primo è stato costruito nel 1957). Poco a poco, con l’avvento di nuove tecnologie, si sono andati aggiungendo acceleratori più efficaci e, allo stesso tempo, quelli più vecchi sono andati in pensione.
Ora ci troviamo davanti a un sistema complesso e diramato che si occupa della dispersione delle particelle atomiche. Le particelle prima passano per un acceleratore, poi per un altro, un altro ancora e così via fino a quando vengono disperse a mega-velocità; poi vengono utilizzati campi magnetici estremamente forti per inviare le particelle all’obiettivo designato. Et voilà! Si ottengono un protone qui o un protone là che ruota a velocità incredibili negli acceleratori e che viene lanciato verso l’obiettivo! Quando ritorna si osserva risultato.
L’alchimia dell’era moderna!
Nel Medioevo gli alchimisti mischiavano gli ingredienti più strani, li facevano bollire in un calderone e poi analizzavano il risultato. Gli alchimisti di oggi fanno lo stesso, ma gli ingredienti sono diversi. I protoni collidono con i neutroni quasi alla velocità della luce e poi si dà uno sguardo a ciò che succede. Questo parallelo mi ha fatto riflettere: l’uomo è curioso ma ignora tante cose, oggi come ieri. Certamente abbiamo appreso molto dal Medioevo e nel tempo i confini della nostra conoscenza si sono estesi esponenzialmente! È curioso ed eccitante pensare che c’è tanto altro da scoprire. 🙂
Ma torniamo a noi…
Ho detto in precedenza che il Large Hadron Collider rappresenta la perfezione dal punto di vista ingegneristico. Tuttavia, abbiamo evinto anche che questo acceleratore di particelle è composto da diverse tecnologie appartenente a diverse epoche. All’inizio c’era il sincociclotrone, poi si è passati a una tecnologia più moderna per il flusso di particelle, in modo da poter controllare la direzione dei campi magnetici. E poi sono stati aggiunti altri miglioramenti.
L’aspetto odierno è quello di una rete di binari ferroviari; prima è nato un binario e poco a poco ne sono stati aggiunti degli altri fino a formare il laboratorio CERN di oggi. Diramazioni, sfere (acceleratori) e vicoli ciechi (trappole).
Cosa succede all’interno del Large Hadron Collider?
Prendono un atomo di idrogeno, estraggono un elettrone mentre il protone viene disperso e sparato a una velocità assurda (quasi alla velocità della luce, se crediamo alla teoria della Relatività generale di Einstein) contro un altro protone che viaggia lungo un tubo parallelo alla stessa velocità ma in direzione opposta (lo spiegheremo meglio più in là). In soldoni, disperdono due sostanze a una velocità allucinante e le fanno scontrare l’una con l’altra.
Non provateci a casa! La separazione dei protoni non è affatto semplice: sono necessari grande efficienza e quantità considerevoli di energia elettrica (non solo mandereste in tilt il contatore di casa vostra, ma di tutte quelle della strada o del vicinato). 🙂
Torniamo alla fisica.
In altre parti del CERN, vengono dispersi e fatti scontrare non solo i protoni ma anche altri materiali come ioni di piombo e neutroni.
Addentriamoci nei processi matematici alla base dei fenomeni del CERN. Rimarrete a bocca aperta!
- All’interno dell’acceleratore, un protone passa attraverso vari acceleratori (lineare, booster, un altro ancora, e poi attraverso uno di sette chilometri di lunghezza). Alla fine del percorso un fascio di protoni si muove a una velocità di oltre 10 mila giri al secondo).
- La massa dei protoni del fascio è piccola, ma raggiunge la velocità di un treno. “A queste velocità non è importante quanto siamo vicini alla velocità della luce”, ci hanno spiegato. Comunque sia, va molto veloce. Gli scienziati cercano delle basi scientifiche per costruire un nuova teoria che spieghi le particelle atomiche, superando il modello standard. Tale avanzamento per l’umanità può essere comparato a ciò che un computer avrebbe potuto rappresentare per l’era preistorica. Non ci avrebbero capito molto all’inizio ma poi…
- La concentrazione di “scienza” per metro cubo d’aria può essere percepita fisicamente in questo posto. Appena entrati nell’edificio, il mio primo commento è stato: “si sente profumo di scienza qui”. E mi hanno risposto: “sì, il profumo della scienza è uguale dappertutto”.
In generale, il CERN è un bel posto dove lavorare. È circondato da un’aurea affascinante, il profumo di nuove idee e di grandi menti al lavoro. In un’altra vita mi piacerebbe lavorare qui. Superscienza, tecniche all’avanguardia, innovazioni incredibili. Un po’ come succede nel nostro laboratorio antivirus. Chissà, in un’altra vita davvero potrei essere un fisico nucleare e non mi occuperei di computer ogni giorno. 🙂
