C.E.R.N. - Cos'è e come funziona

C.E.R.N. è l'acronimo delle parole francesi Conseil européen pour la recherche nucléaire (Organizzazione europea per la ricerca nucleare) e rappresenta una delle attuali meraviglie costruite dall'ingegno umano ; Il CERN è il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle. Si trova al confine tra Svizzera e Francia alla periferia ovest della città di Ginevra e, fino all'ultimo aggiornamento registrato, è finanziato da ben 21 paesi europei , dando la possibilità di far lavorare gli scienziati con strumenti essenziali per la ricerca in fisica delle alte energie ; I principali strumenti messi a disposizione per gli scienziati da parte del CERN sono gli acceleratori di particelle e i rilevatori.

Gli acceleratori portano nuclei atomici e particelle subnucleari ad energie molto elevate ;

I rilevatori permettono di osservare i prodotti delle collisioni tra fasci di particelle, che vedremo più avanti nell'articolo...

Ora ,prima di procedere con l'osservazione dell'accelerazione di protoni di Prozio ,un isotopo dell'idrogeno, analizziamo in dettaglio tutti gli acceleratori:

Nel CERN ci sono :

Due LINAC: Il l è l'acceleratore lineare di particelle e genera particelle a bassa energia che saranno successivamente immesse in un altro acceleratore chiamato PS Booster e forniscono ai protoni un'energia massima pari a 50 MeV.

PS Booster : Il Proton Synchrotron Booster è costituito da 4 sincrotroni sovrapposti e hanno un raggio di 25 metri ; Questo acceleratore fornisce un ulteriore energia e accelerazione alla particella che viene dal precedente acceleratore ,LINAC .

LEIR : IL LEIR ( Low Energy Ion Ring )Accelera ioni e riesce a fornire a ioni di piombo un'energia pari a 72 MeV ; Attualmente ,dal 2010, è un pre-acceleratore dell'LHC.

Proton Synchrotron : (PS) Questo acceleratore è un sincrotrone dalla circonferenza di circa 628 metri ed è in grado di accelerare i protoni fino a generare un'energia di 28 GeV ; riceve i protoni dal PS Booster e ioni dal LEIR.

Super Proton Synchrotron : (SPS) Esso è un'acceleratore circolare dal diametro di 2 Km Originariamente forniva un'energia di 300 GeV, ma è stato potenziato più volte fino agli attuali 450 GeV per il protone. Oltre ad avere una propria linea di fascio rettilinea per esperimenti a bersaglio fisso, ha funzionato come collisore protone-antiprotone e come stadio finale di accelerazione per gli elettroni e i positroni da iniettare nel Large Electron Positron Collider (LEP). Ha ripreso questo ruolo per i protoni e gli ioni piombo immessi nell'LHC.

Large Hadron Collider : (LHC) : L'acceleratore è entrato in funzione il 10 settembre 2008 dopo lo smantellamento di LEP. Si estende su una circonferenza di 27 chilometri ed è stato inizialmente progettato per accelerare protoni fino a un massimo di 7 TeV di energia.

Large Electron-Proton Collider : (LEP) Il Large Electron-Positron collider è stato sostituito dall'LHC ed è stato il progetto principale al CERN dal 1989 al 2000. Questa macchina è stata in grado di accelerare elettroni e positroni fino a 100GeV, un'energia cinetica che corrisponde a velocità prossime a quelle della luce.L'acceleratore è stato costruito in un tunnel sotterraneo di 27 km, a circa 100 metri di profondità, ed era composto da magneti collegati in grado di curvare la traiettoria delle particelle accelerate mantenendole in "orbita" nel tubo a vuoto che li attraversava al centro. A intervalli regolari, tra questi magneti noti come dipoli, erano interposte le cavità a radiofrequenza che acceleravano le particelle e magneti più complessi necessari per guidare il fascio (quadrupoli, sestupoli, ecc.).Fino alla fine del 1995, l'obiettivo del LEP è stato studiare il bosone Z prodotta nelle collisioni tra elettroni e positroni: successivamente l'energia è stata gradualmente aumentata per studiare la produzione di coppie di bosoni W+ e W- e per portare avanti la ricerca del bosone di Higgs e di nuovi fenomeni al di là del Modello standard.I principali risultati sperimentali di LEP sono stati:dimostrare l'esistenza di sole 3 famiglie di neutrini;verificare la possibile esistenza del bosone Higgs;studiare approfonditamente il bosone Z responsabile dell'interazione debole;misurare la massa del bosone W;misurare la massa del quark top tramite correzioni radiative. Ecco un'mmagine dell'LHC.

ORA VEDIAMO L'ACCELERATORE IN AZIONE CON UN ISOTOPO DELL'IDROGENO : IL PROZIO

L'Idrogeno è l'elemento chimico più leggero e il suo isotopo più comune ,il prozio ,è costituito da un elettrone e un protone. Dividiamo l'operazione in più Stage...

Stage 1 : Gli isotopi vengono privati del loro unico elettrone ,facendo rimanere solo gli unici protoni. I protoni vengono immessi nel primo acceleratore ,ossia il LINAC, attraverso un'energia fornita da un campo elettrico; Qui , come detto precedentemente i protoni cominciano ad essere accelerati.

Stage 2 : I protoni arrivano nel PS Booster dove ,attraverso magneti superconduttori , i protoni raggiungeranno una velocità pari al 91,6% di quella della luce;

Stage 3 : Ora dei fasci di protoni entrano nel Proton Synchrotron ... l'energia dei protoni continua ad aumentare e la loro velocità sarà pari al 99,9% di quella della luce, incrementando notevolmente la loro massa.

Stage 4 : Situato a 40 metri di profondità , il Super Proton Synchrotron riceve i protoni e ,quando si riempie completamente di fasci di protoni, sarà in grado di rilanciare i protoni nel gigantesco LHC.

Stage 5 : L'LHC si trova al confine tra la Francia e la Svizzera a 100 metri di profondità e riceve i fasci di protoni lanciati dal SPS ; l'LHC è composto da due canali nei quali i protoni viaggeranno in direzioni opposte ; Per essere incanalati nell'LHC i protoni verranno sparati attraverso le linee di Transfer per poi essere incanalati definitivamente nell'LHC ; Alcuni fasci saranno incanalati in senso orario , mentre altri in senso antiorario ;Il percorso dei due Canali si incrocia in 4 punti dell'anello dove ci sono poi laboratori di analisi dei dati.Per 30 minuti l'SPS incanalerà fasci di protoni nell'LHC fino a raggiungere il numero di 2808 fasci che danno una velocità ai protoni prossima a quella della luce ,facendo percorrere l'intero anello 11000 volte al secondo.

Quando l'LHC sarà pieno i protoni saranno pronti per la collisione e si scontreranno nei 4 punti d'incontro dell'anello. Durante la collisione tra due protoni si genera un'energia pari a 14 TeV ,riproducendo una situazione simile a quella dopo il Big Bang.

Le particelle ottenute dalla collisione verranno poi analizzate dai super computer per cercare di scoprire dati affascinanti come il Bosone di Higgs e altro.

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