Ciò che i fisici vedono quando osservano le collisioni di particelle non è sostanzialmente niente come questa riproduzione. Hemera/ThinkStock Ricordi quando il Large Hadron Collider, quell'enorme frantumatore di particelle situato in profondità nel sottosuolo della campagna svizzera pastorale, è stato avviato per la prima volta nel 2008? Ricordi come ha distrutto il nostro intero universo creando un buco nero che ci ha inghiottiti interi e ci ha ingoiato direttamente nell'apocalisse?
O forse non te lo ricordi.
Forse quello a cui stai pensando è quella volta che LHC è stato avviato sulla scia del continuo clamore su come avrebbe potuto distruggere il pianeta. Ma allora, è iniziato, e hai mangiato un panino al tacchino per pranzo e quel giorno hai ricevuto una multa per il parcheggio. Il mondo, sembrava, continuato.
Quindi cerchiamo di chiarire una cosa prima di immergerci nell'eccitante mondo delle collisioni di particelle:proprio come il primo giorno del primo raggio fu per il tipico non fisico, non sono così eccitanti.
Ora, prima che voi fisici da poltrona e fisici reali vi irriti, ammettiamolo, Certo, le collisioni di particelle sono eccitanti su un fondamentale, livello universale. Le collisioni di particelle sono l'equivalente fisico di afferrare l'universo e colpirlo in testa, chiedendo se questa cosa è attiva. Studiando le collisioni tra particelle, possiamo valutare non solo cosa potrebbe essere successo subito dopo la nascita del nostro universo, ma possiamo giudicare come funzionano e interagiscono i pezzi primari della materia.
In altre parole:è un grosso problema.
E ancora. Nonostante tutti i discorsi sull'accelerazione e la distruzione, sui protoni che viaggiano quasi alla velocità della luce, sulle collisioni così monumentali che la gente pensava che ci avrebbero fatto a pezzi tutti ... ciò che gli scienziati vedono davvero non ha alcuna somiglianza con gli ultimi 30 infuocati, minuti distruttivi del tuo tipico blockbuster estivo. Nemmeno se si tiene conto del fatto che si verificano 600 milioni di collisioni al secondo quando la cosa è accesa [fonte:CERN].
Non è solo l'anticlimax di tutte quelle chiacchiere da fine del mondo che non vanno a finire. È che ciò che i fisici vedono quando i protoni si scontrano si rivelano... dati.
Ad essere onesti, sono tanti, tanti dati. Mentre sarebbe fantastico se i fisici stessero guardando uno schermo che mostrava protoni che esplodono come fuochi d'artificio - illuminato con etichette come "muone!" o "Higgs!" per identificarsi facilmente – sono proprio i numeri e le rappresentazioni grafiche raccolte dai rivelatori che "mostrano" ai fisici cosa succede durante le collisioni.
I fisici sono alla ricerca di molti dati diversi quando studiano le collisioni di particelle. Ciò significa che non c'è un solo segnale da guardare o anche solo un tipo di rilevatore da cui misurare. Anziché, si affidano a diversi tipi di rivelatori per fornire loro indizi su ciò che stanno osservando.
Primo, stanno guardando dove stanno andando le particelle prodotte nella collisione di protoni. Un dispositivo di localizzazione può immediatamente far loro sapere alcune cose come la carica della particella (il positivo si piegherà da una parte, negativo l'altro) o la quantità di moto della particella (la quantità di moto elevata va in linea retta, spirali basse strette). ora ricorda, non stanno guardando la traccia reale di una particella. Anziché, stanno guardando i segnali elettrici che un computer ha registrato, che può essere rappresentato graficamente in una riproduzione del percorso [fonte:CERN].
Un dispositivo di localizzazione non raccoglie particelle neutre, quindi sono invece identificati in un calorimetro. Un calorimetro misura l'energia quando le particelle vengono fermate e assorbite. Possono dire ai fisici cose piuttosto specifiche, poiché un certo tipo di calorimetro misura elettroni e fotoni, mentre un altro è sul caso di protoni e pioni [fonte:CERN]. Il rilevamento delle radiazioni misura anche la velocità delle particelle. I fisici studiano tutti questi piccoli identificatori per determinare cosa succede alle particelle durante e subito dopo una collisione.
Tutti questi strumenti e le prove che raccolgono sono ciò che gli scienziati stanno osservando per determinare cosa è successo durante una collisione. Dopo di che, è tempo di indagare su eventuali risultati strani o significativi che incontrano. Un buon esempio di ciò è stata la scoperta del bosone di Higgs, una minuscola particella che permea l'universo, aggiungere massa alle particelle. I fisici hanno studiato i set di dati delle collisioni per vedere se il campo di Higgs avrebbe emesso una particella di riserva (un bosone di Higgs) quando due protoni venivano frantumati insieme. L'idea era un po' come guardare due corsi d'acqua che serpeggiano attraverso una spiaggia sabbiosa:ogni corso d'acqua da solo potrebbe scorrere dolcemente attraverso la sabbia, ma se si schiantassero insieme all'improvviso, un granello di sabbia potrebbe sollevarsi.
Quel granello di sabbia non era un lampo sullo schermo. Anziché, sono stati accuratamente tracciati i dati raccolti da numerose collisioni. Questi numeri erano, in una certa misura, probabilità matematiche. Altri esperimenti hanno determinato dove dovevamo guardare quando abbiamo trovato l'equivalente di massa (e quindi l'esistenza) dell'Higgs [fonte:Preuss].
Gli scienziati sapevano anche che se l'Higgs fosse esistito, doveva agire in alcuni modi specifici (come il modo in cui è decaduto in altre particelle). Quindi, quando hanno visto un eccesso di eventi oltre a quanto previsto su un grafico di dati, si sono eccitati e hanno potuto iniziare a giudicare se il segnale che stavano vedendo nei dati fosse qualcosa di nuovo [fonte:CERN]. Nel caso dell'Higgs, era.
Così, no – i fisici delle particelle non riescono a vedere i buchi neri o anche i mini-Big Bang quando si verificano le collisioni. Quello che vedono invece è la prova che alcune particelle sono esplose durante lo scontro, e dati che indicano che ciò che hanno visto faceva parte di un modello prevedibile più ampio o, se sono ancora più fortunati, un nuovo percorso di scoperta.
Anche se sarebbe bello vedere un'incredibile "collisione" sullo schermo e poi vedere apparire una particella verde neon che non è mai stata avvistata prima, non sottovalutare quanto debba essere eccitante per i fisici delle particelle in realtà. Ottenere un sacco di dati che puntano a qualcosa di spettacolare deve essere elettrizzante, in suo diritto, anche se non significa una particella che ti saluta sul grande schermo.
