Uno scienziato si interroga su una mappa delle condizioni di accesso al Large Hadron Collider pochi giorni prima che l'enorme laboratorio sotterraneo fosse attivato per la prima volta nel settembre 2008. Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Stephen Hawking una volta ha sottolineato che se volessimo fare un salto nel tempo, sarebbe d'aiuto se avessimo una macchina come l'LHC in grado di accelerarci quasi alla velocità della luce. Si signore, l'LHC è abbastanza impressionante per Hawking da vederlo come un'opzione di trasporto per viaggiare nel tempo. E certamente non ha ottenuto la sua reputazione per niente:l'enorme acceleratore di particelle si è guadagnato la fama quando ci ha fornito prove del bosone di Higgs nel 2012 e nel 2013. Trovare l'Higgs nell'LHC ha sostanzialmente confermato il modello standard della fisica, che delinea le particelle e le forze fondamentali nell'universo. Non è un'impresa da poco.
Ovviamente "piccolo" non è un termine che di solito associamo a LHC, o l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) per quella materia. Consideriamo il complesso dell'acceleratore al CERN, che è molto di più del semplice LHC. Se dovessi semplicemente scaricare protoni nell'LHC senza alcun passaggio preliminare, non ci sarebbe molta sperimentazione di cui parlare:non devi solo accelerare i protoni prima che entrino nell'LHC, ma anche concentrarli in fasci densi. Per farlo, ci sono alcuni passi che devono essere presi prima che sfrecciano verso il loro destino violento nell'LHC [fonti:LHC Facts, CERN]:
Ed ora eccoci qui:nel vasto Large Hadron Collider. Sembra una bellissima grotta di cristallo. (Stavo solo scherzando, sembra un luminoso, tunnel della metropolitana ossessivamente pulito con un tubo gigante che lo attraversa.) Perché pezzi così minuscoli di materia a malapena hanno bisogno di uno spazio così grande per vagare?
La prima risposta è un po' anticlimatica:abbiamo iniziato a usare l'LHC perché era già lì. Il CERN aveva un precedente acceleratore (il Large Electron-Positron Collider) che inizialmente occupava lo spazio, ed era così grande da accogliere le collisioni di (avete indovinato!) elettroni e positroni. Allora perché il LEP era di quelle dimensioni o addirittura costruito a 328 piedi (100 metri) sottoterra?
È stato costruito sottoterra per un motivo piuttosto semplice:si è rivelato più economico semplicemente scavare un tunnel piuttosto che acquistare terreni e mitigare gli impatti ambientali [fonte:CERN]. (Doveva anche avere un po' di pendenza per ridurre al minimo i costi derivanti dal posizionamento di alberi verticali.) Ma il motivo per cui il LEP aveva una circonferenza così ampia arriva al cuore del motivo per cui l'LHC ha bisogno di un ampio ormeggio, inoltre:La signora aveva bisogno di una bella serie di curve.
Le curve arrotondate dell'LHC sono necessarie per quell'accelerazione così importante per i nostri amici delle particelle. Tutto inizia con le leggi del moto di Newton, che dice che una particella (o qualcosa, del resto - nessun gioco di parole previsto) viaggerà a una velocità costante a meno che non venga agito da una forza. Cosa significa questo? Quella particella viaggerà in linea retta alla stessa velocità, a meno che non venga usato qualcosa per accelerarla.
E quel "qualcosa" è la curva dell'acceleratore circolare. A differenza di un acceleratore lineare, in cui le particelle viaggiano in linea retta, un acceleratore circolare consente alle particelle di ottenere energia ogni volta [fonte:The Particle Adventure]. (Gli enormi magneti che guidano i protoni non aggiungono energia, ma il campo elettrico si aggiunge all'accelerazione.) Un acceleratore circolare lascerà andare i protoni in giro, guadagnare energia, consentendo anche a più punti di collisione delle particelle:un acceleratore lineare, Certo, avrebbe solo un punto di collisione, proprio alla fine.
Rispondere al motivo per cui LHC è circolare potrebbe non avere nulla a che fare con le sue dimensioni, ma si riferisce. Una pista più piccola per i protoni significherebbe che avrebbero bisogno di accelerare di più per adattarsi alle curve più strette, e perderebbe più energia - e quindi la collisione non sarebbe così forte [fonte:Butterworth]. Quindi è necessario un raggio ampio per ottenere l'energia delle particelle abbastanza alta da accelerare e creare collisioni.
E non pensate che tutti gli scienziati siano soddisfatti delle dimensioni dell'attuale LHC. Ci sono serie considerazioni in corso per costruire una pista di 62 miglia (100 chilometri) che fornirà un percorso ancora più energico per le collisioni di particelle [fonte:Pease]. Tieni presente che maggiore è l'energia raggiunta, più massicce sono le particelle che si possono trovare - un modo importante per identificare nuove sfuggenti, particelle pesanti [fonte:Reich].
Sicuro, è un po' fuori tema, ma penso che tutti noi vogliamo sapere:cosa accadrebbe se ci imbattessimo nell'LHC mentre i fasci di protoni stavano facendo la loro magia? Nessuno è del tutto sicuro, ma è una buona ipotesi che avresti un buco fatto esplodere attraverso il tuo corpo, e forse un cono di impatto protonico, anche.
