Study tour 2023

Il racconto della visita di Aiop Giovani al CERN durante l'ultimo Study Tour.

Di Carlotta Bonvicini

Di cosa è fatto l’Universo?
Quali sono le sue origini?
Qual è il suo destino?
Queste e tante altre domande orbitano come elettroni in un atomo intorno a quello che è il CERN: Centre Européen pour la Recherche Nucleaire.

Nel tentativo di rilanciare la scienza europea, il fisico francese Louis de Broglie propone di creare un laboratorio europeo che possa diventare un centro di eccellenza per la fisica e un motore di pace per il continente, visto il momento storico seguente alla seconda Guerra Mondiale.
L’idea viene condivisa dall’americano Isidor Rabi e dall’italiano Edoardo Amaldi, che ottengono l’approvazione dell’Unesco.

Nel febbraio del 1952, 12 Nazioni Europee decidono formalmente di creare il CERN, scegliendo Ginevra come sede dato il suo ruolo internazionale e la sua posizione centrale in Europa, in un Paese neutrale.
Nessuna finalità militare e risultati pubblici, queste le fondamenta alla base della costruzione del nuovo laboratorio che inizia ufficialmente il 29 settembre 1954.

In breve tempo vengono eretti muri dello spessore di 5 metri che ospiteranno l’acceleratore Sincro Ciclotrone (SC), mentre le sue varie componenti vengono realizzate in diversi Paesi Europei, suscitando stupore e curiosità tra la popolazione lungo il percorso verso Ginevra durante il loro trasporto.
Nell’estate del 1957 il SC è pronto: il primo acceleratore del CERN inizia la sua strada nella ricerca! L’obbiettivo è la produzione e lo studio di nuove particelle, accelerando i protoni pari al più possibile vicino alla velocità della luce e facendoli scontrare contro un bersaglio.

La massa viene fuori dall’energia, come dice la legge di Einstein. Per creare nuove particelle, le faccio scontrare tra loro: se voglio una grossa quantità di energia in un punto molto piccolo e se quell’energia è molto elevata si produranno particelle che già si conoscono ma anche alcune sconosciute. Per fare questi scontri ad alta energia servono gli acceleratori, strumenti composti da campi elettrici che accelerano le particelle cariche e dei magneti che le mantengono in una traiettoria curva, poichè aumenta l’accelerazione.

Questo viene fatto da più di 70 anni al Cern: costruire una serie di acceleratori, sempre più grandi e potenti. L’ultimo è LHC, “The large Hadron Collider – il grande collisore di adroni” con i suoi 27 km di circonferenza, a 100 m di profondità, costruito negli anni ’80 ed accelera protoni, è la macchina più grande al mondo! È il posto più freddo dello spazio interstellare ma anche il punto più caldo della galassia. Gran parte di questa macchina è tenuta ad una temperatura di oltre 271 gradi sotto lo zero. Mentre nei punti dove avvengono le collisioni si raggiunge una temperatura 100.000 volte superiore a quella del cuore del Sole.

Una volta raggiunta la massima energia, i protoni in LHC viaggiano ad una velocità pari a 0,999999991 la velocità della luce, cioè vicinissimi alla velocità massima raggiungibile nell’Universo. Una volta raggiunta la massima energia, ogni protone effettua ogni secondo ben 11.000 giri completi dell’anello di 27 km.

I fasci di protoni si incrociano 40 milioni di volte al secondo!
Ogni anno, i dati prodotti dagli esperimenti di LHC producono l’equivalente di centomila DVD.

E i principali esperimenti di LHC sono CMS, ATLAS e ALICE, che altro non sono che dei rivelatori che si trovano in punti specifici dell’acceleratore. Immaginiamoci una macchina fotografica digitale in 3d che scatta 40 milioni di foto al secondo e quello che abbiamo avuto la fortuna di visitare in un momento di manutenzione, è stato Atlas, che insieme a CMS, sono classificati come rivelatori a scopo generale per fare nuove scoperte.

Alice è specializzata a raccogliere dati in periodi particolari in cui invece dei protoni vengono inseriti ioni di Piombo, più pesanti, generando collisioni più potenti e lavora sul plasma di quark e gluoni, uno stato della materia esistito nei primi attimi dopo il Big Bang.
Infine troviamo LHCb, che studia come si sia creata l’asimmetria tra materia e antimateria.
Quello che pensano al CERN è che ci siano stati dei piccoli sbilanciamenti, un’asimmetria appunto, e che siano stato prodotti ad esempio per ogni 100 miliardi di anti-particelle, 100 miliardi e UNA particella in più che ha dato origine all’universo!

Atlas è il più grande dei quattro rivelatori situato all’interno del tunnel di LHC.
Al centro dell’esperimento ATLAS i fasci di particelle si scontrano scagliando migliaia di nuove particelle nei rivelatori circostanti. I fisici studiano queste collisioni per capire meglio i costituenti fondamentali del nostro universo.
Lungo circa 46 metri e alto 27, è situato in una caverna a 100 metri di profondità.
È composto a stra7 da vari componenti, e quindi da rivelatori, che sono posizionati vicino alla linea di fascio che consente loro di misurare i protoni sparsi e il tasso di collisione, quindi di luminosità, dell’LHC.
Lo strato esterno è fatto di rivelatori di muoni, che identificano e misurano queste particelle, simili ad elettroni ma 200 volte più pesanti.
Un sistema di magneti superconduttori circonda i rivelatori, flette i percorsi delle particelle cariche, permettendo ai fisici di misurare la loro quantità di moto e carica.
I calorimetri misurano l’energia delle particelle create nelle collisioni di LHC e sono progettati per assorbire la maggior parte delle particelle provenienti da una collisione, costringendoli a fermarsi depositando tutta la loro energia.
Nel cuore di Atlas troviamo i rivelatori di tracciamento interni, che registrano tracce di particelle con una precisione fino ad un centesimo di millimetro, e vengono usate per individuare la collisione e catturare particelle di breve durata.

Nel luglio 2012 LHC ha ottenuto il suo primo grande traguardo: ha “visto” il famoso bosone di Higgs, la particella il cui campo permette a tutte le particelle di avere una massa. Ma LHC potrebbe scoprire anche l’esistenza di particelle supersimmetriche e spingerci a pensare che l’Universo non sia fatto delle sole quattro dimensioni che percepiamo (destra-sinistra, alto-basso, avanti-indietro, più la dimensione del tempo) ma di molte altre dimensioni a noi invisibili, arrotolate su stesse.

Insomma, questa macchina potrebbe aprire una nuova Era. Un’Era che cambierà non solo la conoscenza scientifica ma anche, e profondamente, la percezione che l’umanità intera avrà dell’Universo in cui vive.

Questa è la ricerca, questo è il CERN!