Le particelle devono provenire da qualche parte prima di sfrecciare attraverso i loro passi. Questo colpo del 1941 è in realtà dal distruttore di atomi dell'Università di Notre Dame, che all'epoca era nuovo. © Bettmann/Corbis Quando i fisici vogliono le particelle per i loro acceleratori, navigano in un sito web chiamato OK Quark, dove rispondono a una serie di domande su cosa stanno cercando. Vorresti una particella con una personalità positiva, o uno con un'energia più neutra a riguardo? Quel genere di cose.
Quindi il fisico porta la particella a bere (nessuno vuole essere bloccato con una particella schifosa per un'intera cena). Se tutto va bene, il fisico chiede alla particella se è interessata ad un processo di accelerazione. Ed è così che è stato creato il bosone di Higgs!
Se solo. A differenza dei loro cugini scientifici, i biologi (che possono sfogliare tutti gli ordini di roditori, nematodi e simili sui siti Web per un facile acquisto all'ingrosso), i fisici devono creare da soli i loro soggetti di prova. Si scopre che afferrare una particella per le collisioni ad alta velocità non è facile come mettere le mani a coppa e soffiare alcune particelle subatomiche nel Large Hadron Collider come tanti fiocchi di neve invisibili.
Prima di entrare in quello che stiamo effettivamente inserendo in un acceleratore di particelle, forse è saggio dare un po' di informazioni su cosa diavolo intendiamo fare con le nostre particelle una volta che le abbiamo. Cosa sono gli acceleratori, e perché non possiamo aggiungere qualcosa di un po' più sostanzioso di una particella, comunque?
L'acceleratore di particelle più noto è probabilmente il Large Hadron Collider, un colosso circolare di 27 miglia (27 chilometri) in profondità nel sottosuolo. Situato in Svizzera, l'LHC è gestito dall'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, o CERN. (Fidati di noi:l'acronimo aveva senso per il titolo originale francese.) LHC è diventato il Big Accelerator On Campus nel 2012, quando le collisioni di particelle al CERN hanno rivelato prove dell'elusivo bosone di Higgs. La scoperta dell'Higgs ha permesso ai fisici di confermare con maggiore sicurezza l'esistenza del campo di Higgs, che ci ha dato alcune risposte su come la materia nell'universo ha acquisito massa.
Ma se LHC è la Beyoncé del mondo degli acceleratori, ci sono anche alcuni giocatori in studio che si stanno allegramente collegando. In realtà sono circa 30, 000 altri acceleratori che ronzano in giro per il mondo, e sono quelli che lavorano Joes che devono ringraziare per tutti i tipi di invenzioni pratiche [fonte:Dotson]. Considera il pannolino.
Giusto, l'amico di ogni genitore tormentato è il pannolino usa e getta. Gli scienziati che volevano studiare i polimeri superassorbenti utilizzati negli articoli usa e getta avevano difficoltà a studiarli bagnati, quindi – ta-da! - li hanno sottoposti al microscopio a raggi X (che utilizza l'accelerazione delle particelle) [fonte:Clements]. Essere in grado di identificare e studiare la struttura di queste catene molecolari li ha portati ad armeggiare con la formula e a mantenere asciutti i nostri moderni pannolini come la spiegazione dell'accelerazione delle particelle stessa.
Gli acceleratori trovano la loro strada anche negli ambienti medici, come il trattamento del cancro. Gli acceleratori lineari (dove le particelle si scontrano con un bersaglio dopo aver percorso una linea retta) inviano elettroni per scontrarsi con un bersaglio metallico, che si traduce in precisi, raggi X ad alta energia che irradiano i tumori [fonte:RadiologyInfo.org]. Quindi ora che sappiamo un po' a cosa servono gli acceleratori, parliamo di cosa gli diamo da mangiare.
Come abbiamo detto prima, gli scienziati di una struttura come il CERN sono incaricati (ah!) di produrre le particelle stesse, il che sembra un po' come chiedere a un contabile di costruire una calcolatrice per completare le tasse di un cliente. Ma i fisici delle particelle sono una razza a parte; non è un problema per loro. Tutto quello che devono fare è iniziare con l'idrogeno, striscia gli elettroni usando un duoplasmatron, e finisci con i protoni. Qualunque. Nessun problema.
Ed è qui che scopriamo che la parte più semplice dell'accelerazione delle particelle - ottenere le darn particelle - appare ancora follemente intimidatoria a chiunque non riceva un biglietto di auguri da Stephen Hawking. Ma in realtà non è così scoraggiante come sembra. Per uno, l'idrogeno è solo un gas che viene immesso nel primo gradino dell'acceleratore di particelle -- il duoplasmatron . Può sembrare qualcosa di "Mystery Science Theatre 3000", ma un duoplasmatron è abbastanza semplice. Gli atomi di idrogeno hanno un elettrone e un protone; all'interno del duoplasmatron, gli atomi di idrogeno vengono spogliati dei loro elettroni usando un campo elettrico [fonte:CERN]. Quello che resta è un plasma di protoni, elettroni e ioni molecolari che passano attraverso più griglie di estrazione in modo che rimanga solo un raggio di protoni [fonte:O'Luanaigh, CERN].
LHC non usa solo protoni per una giornata di lavoro. I fisici del CERN hanno anche il divertente compito di far collidere insieme ioni di piombo per studiare il plasma di quark e gluoni, che è solo un po' di quello che l'universo molto primordiale stava nuotando [fonte:CERN]. Schiacciando insieme ioni di metalli pesanti (opere d'oro, pure), gli scienziati possono formare il plasma di quark e gluoni per un momento.
Ma ora sei troppo sofisticato per credere che gli ioni di piombo appaiano magicamente negli acceleratori di particelle. Ecco come succede:il fisico del CERN incaricato di raccogliere ioni di piombo in realtà inizia con piombo solido, piombo-208, uno specifico isotopo dell'elemento. Il piombo solido viene riscaldato a vapore - circa 1472 gradi F (800 C) [fonte:O'Luanaigh]. Il vapore di piombo viene quindi eliminato da una corrente elettrica che ionizza il campione per creare plasma. Il nuovo creato ioni (atomi con una carica elettrica netta che hanno guadagnato o perso elettroni) vengono quindi spinti in un acceleratore lineare che dà loro un po' di sprint e fa sì che perdano ancora più elettroni [fonte:Yurkewicz]. Dopo che sono stati accumulati e accelerati ancora una volta, gli ioni piombo sono pronti per lo stesso viaggio su strada dei protoni, e può sfrecciare attraverso il Large Hadron Collider senza preoccuparsi del mondo.
Così il gioco è fatto. Le particelle per i grandi acceleratori di particelle non vengono acquistate sul mercato nero ma create internamente.
Forse questo articolo ti ha lasciato con un'altra domanda fastidiosa:può qualcosa oltre a una particella passare attraverso un acceleratore? Al che gli scienziati del Fermi National Accelerator Laboratory hanno detto:"Certo. Che ne dici di un furetto?"
Non chiamare ancora PETA. prima di tutto, non stavano accelerando Felicia il furetto vicino alla velocità della luce. (Sì, aveva un nome. Avanti, non è una fattoria.) Invece, la usavano come domestica. I furetti sono noti per scavare e farsi strada attraverso spazi ristretti. Felicia aveva uno straccio di soluzione detergente legato al colletto dagli scienziati, che le ha permesso di farsi strada attraverso i tubi stretti prima che fossero collegati durante la costruzione [fonte:Gustafson]. (Alla fine hanno preso un robot per pulire l'acceleratore.)
