|
Come funziona l'LHC, il famoso acceleratore di particelle realizzato in Svizzera e di cui spesso sentiamo parlare? Era proprio necessario un apparato così grande, così potente (e così costoso)? È una domanda che mi son sentito fare molte volte, ripesco quindi un mio vecchio post in cui (spero :P ) avevo spiegato in modo molto semplice il suo scopo e la fisica alla base degli scontri tra particelle. Immaginiamo di essere un collezionista di monete e che esista una macchina scambia-monete che funziona in questo modo: inserendo una qualsiasi quantità di monete di € quella te le cambia, però non necessariamente nello stesso numero, nè in modo da usare meno monete possibili, lo fa in modo puramente casuale. |
{gallery width=300 height=180 count=-1 counter=0}particelle{/gallery} |
L'unica regola che segue la macchinetta è mantenere invariato il valore delle monete! Faccio un esempio: tu butti dentro 10 monete da 1 € e la macchina può darti 1000 monete da un centesimo, oppure ancora 10 monete da 1 €, oppure 5 monete da 2€, oppure un po' di monete da 1 cent, un po' da 20 cent, qualche euro, etc. Ovviamente le monete che escono hanno caratteristiche fisse, ad esempio il valore può essere di 1, 2, 5, 10, 20, 50 cent. oppure di 1 o 2 €.
Questo è quello che avviene in un urto tra particelle: tu fai scontrare una certa quantità di particelle con una certa energia e si formano altre particelle. Non puoi sapere quante particelle usciranno, nè di che tipo siano, l'unica cosa che si conserva è l'energia totale che avevano tutte assieme. Come le monete anche le particelle hanno un ristretto campo di valori possibili.
Effettivamente un urto tra particelle è una strana via di mezzo tra una scambia monete ed una slot machine; e meno male che "Dio non gioca a dadi"... :D
Torniamo alla macchinetta cambiasoldi: come sai le monete di € hanno un lato che cambia in base allo stato in cui sono state coniate, ad es. il nostro 5 cent ha un colosseo, ma quello degli altri paesi no. A parte però questa differenza tutte le monete da 5 cent sono uguali tra loro. Così può capitarti che se metti dentro una moneta italiana da 1 cent nella macchinetta te ne esca un'altra sempre da 1 cent ma di un altro paese.
In modo analogo le particelle si distinguono per più valori, infatti oltre alla massa esiste la carica, lo spin, la "stranezza"...
Ad esempio la differenza tra una particella e la sua antiparticella è data dalla carica che è opposta, mentre gli altri valori sono uguali.
In uno scontro tra particelle anche questi valori si devono conservare. Se ad esempio faccio scontrare particelle con una carica totale di 10 e, potrebbero venirmi fuori 15 particelle con carica +e e 5 con carica -e, oppure potrebbero uscire 10 particelle con carica +e e 3 senza carica (come i neutroni). Ovviamente vale anche la conservazione dell'energia e degli altri valori.
Per questo articolo lascerò comunque perdere questi nuovi "numeri quantici" e mi cojoomla evitare conteggi amministratorencentrerò sull'energia totale.
Immaginiamo ora che ci giunga voce che la BCE abbia realizzato una moneta dal valore elevatissimo rispetto alle altre (circa un migliaio di €) però non abbia detto quanto sia il suo valore esatto e non l'ha messa in circolazione tramite i normali circuiti bancari. Ma un buon collezionista deve averla e così andiamo alla macchinetta (che dovrebbe avercela) e ci buttiamo dentro dei soldi.
Quanti? BOH sicuramente tantissimi, perchè sicuramente dobbiamo superare il valore nominale della fantomatica moneta. Però non è nemmeno detto che azzeccando il suo valore ce la dia al primo colpo: visto che la macchinetta non ragiona in modo classico ma a probabilità, è molto difficile che ti dia la singola moneta, piuttosto che centinaia di altre monete...
Allora la soluzione è mettere dentro migliaia e migliaia di € in monete, così che hai certamente superato il valore di quella moneta che ti interessa e che essendo in grande abbondanza può capitarti fuori proprio quella che ti interessa.
Questo è il senso dell'LHC: secondo il nostro attuale modello scientifico esiste una particella con una massa enorme, il bosone di Higgs, e che quindi richiede molta energia per essere creata. Ovviamente far scontrare particelle con energia equivalente a quella del bosone di Higgs non è sufficiente a crearla perchè è più probabile che si formino una pioggia di particelle più piccole piuttosto che una sola molto grande ed in più non conosciamo esattamente la sua massa.
Nell'LHC vengono accelerate gruppi di particelle a velocità incredibili per poi farle scontrare. Ogni scontro viene "fotografato" da giganteschi apparati che esaminano la pioggia di particelle che si viene a creare e si cerca una traccia del passaggio del bosone di Higgs. Esistono decine di acceleratori di particelle in tutto il mondo, ma l'LHC è l'unico ad avere le caratteristiche necessarie per una simile caccia.
Nota finale. La sigla CERN (Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare) indica l'organizzazione, non il centro di ricerca di Ginevra. Nonostante non esista un nome generico per l'insieme di laboratori, ogni acceleratore ed impianto ha un suo nome derivante dall'esperimento in cui è coinvolto. Nella ricerca dei bosoni di Higgs, ad esempio, 2 fasci di particelle sono accelerati dall'LHC: un tubo a forma di anello lungo 27 km tenuto a temperatura e pressioni bassissime; in questo anello le particelle ruotano in direzione opposta, accelerate da potenti magneti fino a raggiungere la velocità desiderata (il più possibile vicina alla velocità della luce). A questo punto i fasci vengono fatti collidere all'interno di ATLAS o di CMS, 2 rilevatori di particelle enormi che -come delle macchine fotografiche- tengono traccia di tutte le particelle generate dall'urto.
Esistono però anche altri acceleratori di particelle nel centro e anche altri rilevatori, ognuno funzionante in modo diverso. Nel progetto CNGS, noto ai più per la figuraccia del "tunnel Gelmini", l'LHC è eccessivamente potente, quindi si usa il più piccolo SPS per accelerare le particelle da cui si formeranno i neutrini analizzati sotto al Gran Sasso.
Link per approfondimenti: