Lhc, la macchina che permetterà agli scienziati di riprodurre il Big

[SCIENZA]
DI PIERO BIANUCCI
GIORNALISTA SCIENTIFICO
S
i chiama Lhc, è la macchina che permetterà agli scienziati di riprodurre
il Big Bang. Il 10 settembre l’hanno
inaugurata al Cern di Ginevra davanti a 500
giornalisti e c’è stato un gran clamore, perché
secondo uno sparuto gruppo di scienziati con
la sua enorme energia avrebbe potuto creare
minibuchi neri capaci di inghiottire la Terra.
Sembrava che i fisici giocassero con la fine del
mondo. Invece nove giorni dopo il battesimo,
durante i lavori di messa a punto, la macchina
del Big Bang si è inceppata: un cattivo contatto elettrico ha danneggiato il sistema di raffreddamento e da Lhc è uscito un piccolo torrente di elio liquido. Ci vorrà del tempo per la
riparazione. Ma sono inconvenienti normali
quando si lavora con tecnologie estreme.
Perché Lhc, Large hadron collider, è
davvero una macchina estrema. E anche
paradossale: è lunga 27 chilometri, ma studierà le più piccole particelle subnucleari;
e per accenderla si deve raffreddarla fino
alla temperatura più bassa dell’universo.
Le paure per la “fine
del mondo” e l’incidente dell’elio liquido saranno presto dimenticati.
La ricerca vera inizierà
tra un anno, gli esperimenti dureranno alme-
ALTRO CHE
BUCO NERO
Lhc, la macchina che permetterà agli
scienziati di riprodurre il Big Bang e
svelare i grandi enigmi dell’universo
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NOVEMBRE 2008
CLUB3
CHE COS’È IL CERN DI GINEVRA
씰 Il Cern nasce da una convenzione firmata il 29 settembre 1954 da
dodici Stati fondatori, tra i quali l’Italia. Edoardo Amaldi (foto sotto) fu tra
i più forti sostenitori di questo laboratorio internazionale creato con obiettivi esclusivamente pacifici e di conoscenza fondamentale. Nel tempo si
sono aggregati altri Paesi e oggi gli Stati membri sono venti. A Lhc collaborano più di 2.000 scienziati, espressione di una sessantina di istituzioni scientifiche e Paesi diversi. I laboratori del Cern si trovano a nord di Ginevra, a cavallo del confine tra Svizzera e Francia e sono in gran parte sotterranei. Tra i maggiori risultati ottenuti, la scoperta delle correnti neutre
nel 1973 e dei bosoni W e Z nel 1983 (che nel
1984 valsero a Carlo Rubbia e Simon van der
Meer il Nobel per la fisica). Nel 1992 il Nobel andò poi a Georges Charpack per l’invenzione di rivelatori di particelle, e in particolare la “camera
proporzionale multifilo”, poi usata anche in medicina per apparecchiature diagnostiche.
5%
la massa cosmica
osservabile
finora con gli
strumenti di cui
disponiamo oggi
70%
dell’universo
è formato da una
“energia oscura”
ancora più
misteriosa
Sotto: la sede del Cern a
Ginevra; la maggior parte
del laboratorio si sviluppa
nel sottosuolo. Nella foto
grande: il tunnel del Cern
[SCIENZA]
L’esperimento permetterà di risalire all’origine del
tempo: un miliardesimo di secondo dopo il Big Bang
1.700
magneti allineati
nel tunnel lungo
27 chilometri
800
milioni di collisioni
al secondo nelle quattro
postazioni sperimentali
200
laboratori sparsi in tutto
il mondo impegnati
nell’elaborazione dei dati
In alto: Salvatore Tupputi,
28 anni, uno dei fisici italiani
più giovani al Cern di Ginevra.
Qui sopra: la sala di controllo.
In alto, a destra: il montaggio
dei magneti nel tunnel
-271 ˚C
temperatura
dei magneti
impegnati
nel laboratorio
del Cern
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no fino al 2016. Ma benché Lhc sia costato 8 miliardi di euro e 12 anni di
lavoro, non è detto che si
trovi ciò che si cerca. «La
natura», dice il Nobel
Carlo Rubbia «è più intelligente dei fisici. Bisogna
avere il coraggio di lasciare che vada dove vuole». Però gli scienziati
un’idea ce l’hanno. Cercano la risposta ad alcune domande fondamentali. Vediamole.
Sappiamo misurare la massa di oggetti vicini e lontani, piccoli e giganteschi, da uno spillo
a una galassia: ma che cos’è la massa? Qual è
la sua origine? Perché le varie particelle elementari hanno masse diverse? È la “particella di Higgs” a creare la massa?
Negli ultimi anni si è scoperto che l’universo osservabile con i nostri strumenti è soltanto
il 5 per cento della massa cosmica: il 25 per
cento è “materia oscura” diversa da quella
ordinaria che forma pianeti, stelle e nebulose. Il 70 per cento è una “energia oscura” ancora più misteriosa. Credevamo di sapere
quasi tutto e invece siamo immersi nell’ignoto. Che cosa sono la materia e l’energia oscure? E perché l’universo è fatto di materia e
non di antimateria, dato che nel Big Bang
avrebbero dovuto formarsi in parti uguali?
Dovendo risolvere tanti enigmi, non c’è da
sorprendersi se Lhc è la macchina dei primati.
La più grande del mondo: 8,5 km di diametro
e 27 di lunghezza. La più invisibile: si trova sotto terra, a una profondità tra 50 e 150 metri.
La più fredda: i suoi magneti sono alla temperatura di 1,9 Kelvin (-271 ˚C), mentre la temperatura del cosmo è di 2,7 Kelvin. La più potente: dentro Lhc i protoni si scontrano con
l’energia di 14.000 miliardi di elettronvolt, cifra che gli scienziati abbreviano in 14 Tev (teraelettronvolt: il prefisso tera moltiplica per
mille miliardi).
Sentendo parlare di 8 miliardi di euro, qualcuno si sarà preoccupato. Tranquilli. Il nostro
è solo uno dei venti Paesi che contribuiscono al Cern. Ma l’Italia ha riportato molto a casa sotto forma di commesse a proprie industrie: per esempio, i magneti di Lhc li ha costruiti l’Ansaldo di Genova. Inoltre la ricerca
pura ha molte ricadute pratiche: il Web è un
frutto del Cern, i rivelatori a fili che Charpack
ha ideato per individuare le particelle subnucleari sono applicati in apparecchi per diagnosi mediche, la risonanza magnetica e la Pet, tomografia a emissione di positroni, si avvalgono di tecnologie di uso abituale al Cern.
L’anello di magneti serve a tenere in pista
due fasci di protoni più sottili di un capello
che viaggiano in direzioni opposte dentro un
tubetto nel quale si mantiene un vuoto pari a
quello che c’è sulla Luna. Suddivisi in “pacchetti” e lanciati a una velocità che sfiora quella della luce (300.000 km al secondo), i protoni si intersecano in quattro punti lungo l’anello. Lì i fisici stanno a osservare soddisfatti i
rottami che escono dalle collisioni. Che cosa sperano di vedere?
La preda più ambita è il bosone di Higgs,
una particella prevista dalla teoria ma finora
mai osservata. Con il suo “campo”, il bosone
di Higgs dovrebbe conferire una massa alle
particelle già note. In pratica, dato che l’intero
universo visibile e noi stessi siamo costituiti da
particelle dotate di massa (elettroni e i quark
up e down), è al bosone di Higgs che dobbiamo la nostra esistenza e quella del cosmo. Ecco perché il fisico premio Nobel Leon Lederman l’ha definita “la particella di Dio”.
Ammesso che esista davvero, vederla non
sarà facile: i fisici dovranno individuarla in una
spaventosa confusione di altre particelle, perché nelle quattro postazioni sperimentali avverranno 800 milioni di collisioni al secondo.
La quantità di dati che usciranno da Lhc sarà
pari al 10 per cento di tutti i dati elaborati nel
mondo in tutte le altre attività umane. Nessun
computer avrebbe potuto analizzare una tale
mole di dati. Così al Cern, dopo il Web, sviluppato dai fisici per scambiare documenti e in-
formazioni, hanno inventato Grid, una “griglia” che collega computer sparsi in oltre
200 laboratori di tutto il mondo.
A generare i protoni sono due piccoli acceleratori da 50 MeV (50 milioni di elettronvolt). Questi iniettano i due fasci di protoni in
un primo anello di accelerazione. Di qui passano in un secondo anello più grande, lungo sette chilometri, Sps, superprotosincrotrone da
26 GeV (miliardi di elettronvolt), che a sua volta li inietta nell’acceleratore di 27 km suddivisi
in 2.800 pacchetti che fanno un giro completo
in 90 milionesimi di secondo. Avendo carica
positiva, i protoni tendono a respingersi disperdendosi; inoltre occorre curvare la loro
traiettoria per chiudere il cerchio. È questo il
compito dei 1.700 magneti allineati nel tunnel.
Lhc farà scontrare protoni per undici mesi all’anno. Nell’altro mese a scontrarsi saranno nuclei di atomi pesanti ionizzati, e precisamente
nuclei di piombo. In queste collisioni l’energia
in gioco sarà di 1.150 TeV (5,5 TeV per nucleone). Una quantità folle, se si pensa che è
confinata in uno spazio poco più grande di un
nucleo atomico. L’obiettivo è rompere protoni e neutroni nelle loro particelle fondamentali: quark e gluoni. Questo plasma è in sostanza
ciò che era l’universo un miliardesimo di secondo dopo il Big Bang. Lhc vuol diventare la
macchina che risale all’origine del tempo. 왎
La quantità di dati che
usciranno da Lhc sarà pari
al 10 per cento di tutti i dati
elaborati nel mondo in tutte
le altre attività umane
14 mila
miliardi di
elettronvolt
l’enorme energia
con cui si
scontrano i protoni
all’interno dell’Lhc
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