LHC (Large Hadron Collider) &
Particella di dio
LHC
Il Large Hadron Collider (in italiano: grande collisore
di adroni,abbreviato LHC) è un acceleratore di
particelle, situato presso il CERN di Ginevra.
L'LHC è l'acceleratore di particelle più grande e
potente finora realizzato. Può accelerare protoni e
ioni pesanti fino al 99,9999991% della velocità della
luce e farli successivamente scontrare,
raggiungendo attualmente un'energia, nel centro di
massa, di 7 teraelettronvolt (si prevede che agli
inizi del 2013 tale energia possa arrivare a 14
teraelettronvolt). Simili livelli di energia non erano
mai stati raggiunti fino ad ora in laboratorio. È
costruito all'interno di un tunnel sotterraneo lungo
27 km situato al confine tra la Francia e la Svizzera,
in una regione compresa tra l'aeroporto di Ginevra
e i monti Giura, originariamente scavato per
realizzare il Large Electron-Positron Collider (LEP). Il
tunnel si trova a 100 m di profondità in media.
I componenti più importanti dell'LHC sono gli oltre
1600 magneti superconduttori raffreddati alla
temperatura di 1,9 K (-271,25 °C) da elio liquido
superfluido che realizzano un campo magnetico di
circa 8 tesla, necessario a mantenere in orbita i
protoni all'energia prevista. Il sistema criogenico
dell'LHC è il più grande che esista al mondo.
I fisici di tutto il mondo si propongono di utilizzare LHC per
avere risposte a varie questioni che reputano fondamentali
per il proseguimento dell'indagine fisica.
Finalità
scientifiche
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?
Perché le particelle elementari presentano masse diverse?
In altri termini, le particelle interagiscono con il campo di
Higgs?
Secondo alcune teorie il 95% della massa dell'universo è
costituito 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 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?
Cosa si può conoscere con maggiori dettagli di oggetti già
noti (come il quark top)?
LHC@home
LHC@home è un progetto di calcolo distribuito iniziato
il 1º settembre 2004 con lo scopo di raccogliere dati
attraverso simulazioni per migliorare il funzionamento
del Large Hadron Collider, un progetto del CERN, con
sede a Ginevra in Svizzera, per la costruzione di un
acceleratore di particelle, divenuto operativo nel
settembre 2008.
La parte di calcolo è svolta da un software chiamato
"SixTrack" creato da Frank Schmidt, che utilizza la
struttura del Berkeley Open Infrastructure for Network
Computing ed è utilizzabile solamente su Microsoft
Windows. SixTrack simula il percorso delle particelle
attraverso la macchina lunga 27 km per evidenziare le
traiettorie che queste seguirebbero all'interno
dell'acceleratore. Ogni unità di lavoro calcola 100000 o
1000000 di orbite per un gruppo di 60 particelle, che
nella realtà durerebbe circa 10 secondi. I dati prodotti
vengono poi utilizzati per migliorare i parametri di
funzionamento dei magneti, facendo collimare
maggiormente i fasci, rendendone le traiettorie più
stabili e aumentando così la probabilità degli scontri di
particelle.
Bosone Di Higgs
Il bosone di Higgs è una ipotetica particella
elementare, massiva, scalare, prevista dal modello
standard della fisica delle particelle. Nell'ipotesi che
esista, sarebbe l'unica particella del modello a non
essere stata ancora osservata.
Essa giocherebbe un ruolo fondamentale: la teoria
la indica come portatrice di forza del campo di
Higgs, che si ritiene permei l'universo. Il campo di
Higgs, mediante rottura spontanea di simmetria dei
campi elettrodebole e fermionico, conferirebbe la
massa alle particelle.
L'importanza del bosone di Higgs nel modello
standard è anche dovuta al fatto che esso può
garantirne la consistenza: infatti senza la sua
esistenza il modello standard si rivelerebbe
inefficace, dato che descriverebbe processi con una
probabilità maggiore di uno.
Pur non essendo mai stata osservata, secondo una
parte della comunità scientifica vi sarebbero alcuni
indizi dell'esistenza di questa particella.
Uno dei compiti fondamentali a cui è destinato il grande anello di collisione del
CERN, LHC, è la sua creazione e osservazione. All'origine della teoria di Higgs c'è
la constatazione che le particelle posseggono un'amplissima varietà di masse,
dalla più piccola (la massa dell'elettrone) alla più grande, cioè la massa del
quarktop (pari a circa 200.000 volte quella dell'elettrone). I valori delle diverse
masse non sembrano avere una relazione fra loro; non solo, ma la versione più
semplice del Modello Standard richiede che tutte le particelle abbiano massa
pari a zero. Il campo di Higgs è stato introdotto per conciliare queste due
esigenze. Higgs ha proposto che tutto lo spazio-tempo sia permeato da un
campo, il campo di Higgs, simile per alcuni versi a un campo elettromagnetico.
Quando le particelle si muovono nello spazio-tempo si muovono anche nel
campo di Higgs e, interagendo con esso, acquisiscono una massa. Più è grande
l'interazione delle particelle con il campo e più la massa acquisita è grande.
Questa interazione può essere considerata simile all'azione di forze viscose che
agiscono su particelle che si muovono in un liquido denso. Più è grande
l'interazione con il liquido e maggiore sembra essere la loro massa, dato che la
massa può essere vista anche come la resistenza alle variazioni di moto. Immerse
nel campo di Higgs, le particelle “assorbirebbero” la massa in relazione alla
propria capacità e alle proprietà del campo. Questo è un campo a valore
costante, anche nel vuoto, e di tipo scalare (cioè non vettoriale, ossia
determinato soltanto da un valore numerico e non anche da una direzione).
Poiché dalla teoria dei quanti discende che ogni campo ha una particella
associata a esso, un bosone (come il fotone per il campo elettromagnetico), il
campo di Higgs prevede l'esistenza della particella o bosone di Higgs
