L’Lhc e il Bosone di Higgs

Pubblicato: 2 aprile 2010 in Articoli Ventonuovo.eu

Il 30 marzo di quest’anno è decisamente un giorno da ricordare. Dopo mesi di stop, l’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra, meglio noto come l’ “Lhc” è di nuovo in funzione. Nostante il “flop” del settembre 2008, le successive cadute di tensione sulle linee di alimentazione dell’acceleratore e l’arresto di uno scienziato perché sospettato di terrorismo, finalmente, il più grande dispositivo fisico che l’uomo potesse mai costruire, è entrato di nuovo in funzione, e, con enorme soddisfazione, il merito è anche di un folto gruppo di italiani che contribuisce a tutto il progetto.
Prima di descrivere le potenzialità di questo grande dispositivo, è bene spiegare a grandi linee il suo funzionamento, per comprendere meglio quanto si dirà dopo.

Anzitutto, un protone altro non è che una particella con carica positiva, che unita al neutrone, rappresenta la massa di ogni singolo atomo. Un acceleratore di particelle, in un modello molto semplificato, è un “tubo” al cui interno c’è il vuoto in cui, ad una velocità che dipende da un altro fattore, viaggiano due fasci di protoni nelle due direzioni opposte.
Il motivo per il quale si debba creare il vuoto nel tubo va ricercato nel fatto che, se così non fosse, i protoni incontrerebbero una resistenza non trascurabile che potrebbe, in qualche modo, “far annichilire” i protoni stessi, che quindi troverebbero la loro morte.
Come suddetto la velocità del fascio dipende da un qualcosa. Se supponiamo di prendere una manciata di protoni e di immetterli nel vuoto, essi non si muoveranno. Serve quindi una forza di qualche natura a regolare il loro moto. Questa forza va ricercata nell’uso di particolari campi elettrici, cioè un campo in grado di “spingere” i protoni in un determinato verso. Le “linee di forza” che caratterizzano il campo elettrico sono particolari: esse nascono da cariche positive. Quindi sono capaci di “condurre” lungo la loro direzione particelle cariche positivamente in quanto attratte da altre cariche negative. Con un’opportuna frequenza, il campo elettrico generato accelera il fascio. Essendo poi le linee di forza “rettilinee”, il fascio è condotto lungo un’unica direzione.
L’acceleratore però è fatto da un “tubo” vuoto curvo che è lungo 27 km disposto come una circonferenza di raggio 4,25 km circa. E allora, come si fa a curvare il fascio di protoni che oramai ha raggiunto una certa velocità e che dovrebbe sempre proseguire in una direzione, non riuscendo da sé a curvare? Basta apporre, sulle superfici del “tubo” dei magneti. Un magnete altro non è che un materiale conduttore, capace cioè di condurre corrente elettrica in grado però di generare, mediante una determinata disposizione degli atomi interni, un campo magnetico. Proprietà del campo magnetico è avere delle linee di forza che non sono come quelle del campo elettrico. Esse infatti riescono a curvare la traiettoria di una particella, producendo una forza. Una forza, che come si potrebbe osservare dipende dalla corrente. Interessante è spiegare il motivo per il quale i magneti sono tenuti a temperatura prossima allo zero assoluto (circa -273 °C). Il motivo va ricercato nel fatto che, a queste temperature, il metallo che conduce elettricità e genera il campo magnetico, si comporta come un superconduttore, la cui resistenza (caratteristica che dipende anche dal moto di agitazione termica) è quasi pari a 0. Così l’energia che si dissipa per effetto Joule (riscaldamento dei conduttori, il forno ne è un’applicazione) viene meno, diventando vicina allo 0 e tutta la corrente che attraversa il conduttore riesce a generare un campo magnetico maggiore rispetto a quello che si avrebbe se il materiale fosse tenuto a temperatura più alta. E allora perché non scendere ancora con la temperatura? Questa risposta la lascio cercare a voi. (Il motivo è legato alla conduzione).
Quindi, un campo elettrico per accelerare i protoni, uno magnetico per deviarli. E il gioco è quasi fatto. I due fasci si scontreranno in punti definibili a priori e si potrà osservare cosa è successo.

Il punto di questo esperimento è proprio questo. Far scontrare i due fasci di protoni che avranno un’energia cinetica altissima. Si parla, infatti, di 7 TeV. 1 eV (si legge “elettron-volt) è l’energia acquistata, in questo caso, da un protone quando passa attraverso la differenza di potenziale di 1 volt, energia equivalente a 1,602 176 46 × 10-19 Joule.
Un’energia (7 TeV) davvero molto grande se si pensa che essa è 3,5 volte maggiore di quella che è usata in un acceleratore di particelle negli Usa. Con questo valore di energia lo scontro tra protoni potrebbe portare alla scoperta di particelle più piccole che li compongono. Ora, alcune di queste potrebbero essere già state trovate e rappresenterebbero un modo per testare i rilevatori. Trovare infatti medesime particelle con le stesse proprietà trovate precedentemente sarebbe una vittoria perché significherebbe non aver sbagliato in precedenza.
D’altra parte un energia così grande potrebbe far si che le collisioni producano particelle finora sconosciute non visibili a causa di un energia ancora troppo piccola. Tra queste la famosa “particella di Dio”, o più scientificamente, il “bosone di Higgs”, in onore di Higgs fisico. Un bosone è l’elemento costitutivodi una categoria di particelle che non rispondono al principio di Pauli, cioè possono “affollare” uno stesso stato quantico anche in più di due. Al contrario i fermioni hanno una precisa connotazione fisica, in quanto possono “affollare” uno stato quantico solo in due modi. Più semplicemente, essi ruoteranno in senso antiorario o orario.(L’elettrone è un fermione. Su ogni orbitale atomico ce ne sono massimo due ed entrambi ruotano in verso opposto.)
Il bosone di Higgs rappresenterebbe pertanto una rivoluzione nella fisica che conosciamo. Esso è stato ipotizzato come la particella elementare della materia, la più piccola, oltre la quale non si può andare. Cioè, facendo urtare questi bosoni non sarebbero prodotte particelle ancora più piccole. Occorre però che l’arrivo a questa scoperta sia preciso e sequenziale. Spiega Tonelli, uno dei dirigenti del CERN: “È come una star, che viene preceduta dalla sicurezza e dalle persone del suo seguito. Perciò è facile attendersi che altre particelle ne segnalino la presenza, cosa che potrebbe accadere nella prima fase di attività dell’acceleratore”.
Accanto alla divina particella si affiancano però sogni altrettanto particolari: uno studio più efficace sulla materia e energia oscura, sull’antimateria e sulla teoria delle stringhe.
Tutto questo al costo di 150 milioni di euro l’anno. Poco no??

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commenti
  1. theodoor manson ha detto:

    Spezzare la materia, allontana sempre di più, dalla comprensione di come funziona il tutto.
    LHC fa sì, che si capirà sempre meno. Poi, scusate ma come gli è venuto in mente di pensare che la gravità “alloggi” dentro una particella, quando anche un bambino capisce che la gravita sono interazioni di campi in movimento.
    Passano le ore, dei giorni, dei mesi e degli anni, ma dal LHC, non può venire nulla.
    Da una tesi sbagliata non può venire un risultato giusto

  2. kususe ha detto:

    Non so in che vesta sta parlando lei.
    Se è un fisico, ammetto ammetto che la posizione è davvero parecchio interessante se supportata da prove concrete.
    Se è uno come me a cui piace semplicemente la scienza, credo che il suo sia un giudizio affrettato.
    Moltissimi fisici impegnati nell’esperimento non sono del suo stesso parere.
    E personalmente anche io, essendo scettico per natura, sarei portato a dubitare della riuscita. Ma fisico non sono, ergo ho il dovere di aspettare riscontri da qualcuno che capisca più di me in materia.
    Grazie per il commento.

    Saluti.

  3. […] L’Lhc e il Bosone di Higgs April 20102 comments […]

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