Large Hadron Collider

Large Hadron Collider (LHC), l’acceleratore di particelle più potente del mondo. L’LHC è stato costruito dall’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (CERN) nello stesso tunnel di 27 km (17 miglia) che ospitava il Large Electron-Positron Collider (LEP). Il tunnel è circolare e si trova a 50-175 metri (165-575 piedi) sotto terra, al confine tra Francia e Svizzera. L’LHC ha effettuato il suo primo test di funzionamento il 10 settembre 2008. Un problema elettrico in un sistema di raffreddamento il 18 settembre ha provocato un aumento di temperatura di circa 100 °C (180 °F) nei magneti, che sono destinati a funzionare a temperature vicine allo zero assoluto (-273,15 °C, o -459,67 °F). Le prime stime che l’LHC sarebbe stato rapidamente riparato si sono rivelate troppo ottimistiche. Si è riavviato il 20 novembre 2009. Poco dopo, il 30 novembre, ha soppiantato il Tevatron del Fermi National Accelerator Laboratory come il più potente acceleratore di particelle quando ha portato i protoni ad energie di 1,18 teraelettronvolt (TeV; 1 × 1012 elettronvolt). Nel marzo 2010 gli scienziati del CERN hanno annunciato che un problema con il design del filo superconduttore nell’LHC richiedeva che il collisore funzionasse solo a metà energia (7 TeV). L’LHC è stato spento nel febbraio 2013 per risolvere il problema ed è stato riavviato nell’aprile 2015 per funzionare alla sua piena energia di 13 TeV. Un secondo lungo spegnimento, durante il quale le apparecchiature dell’LHC saranno aggiornate, è iniziato nel dicembre 2018 e dovrebbe terminare alla fine del 2021 o all’inizio del 2022.

Il cuore dell’LHC è un anello che attraversa la circonferenza del tunnel LEP; l’anello ha un diametro di pochi centimetri, è evacuato in misura maggiore rispetto allo spazio profondo e raffreddato entro due gradi dallo zero assoluto. In questo anello, due fasci controrotanti di ioni pesanti o protoni sono accelerati a velocità entro un milionesimo di percentuale della velocità della luce. (I protoni appartengono a una categoria di particelle subatomiche pesanti note come adroni, il che spiega il nome di questo acceleratore di particelle). In quattro punti dell’anello, i fasci possono intersecarsi e una piccola parte di particelle si scontrano tra loro. Alla massima potenza, le collisioni tra protoni avranno luogo ad un’energia combinata fino a 13 TeV, circa sette volte più grande di quella raggiunta in precedenza. In ogni punto di collisione ci sono enormi magneti che pesano decine di migliaia di tonnellate e banchi di rivelatori per raccogliere le particelle prodotte dalle collisioni.

Il progetto ha richiesto un quarto di secolo per essere realizzato; la pianificazione è iniziata nel 1984, e il via libera definitivo è stato concesso nel 1994. Migliaia di scienziati e ingegneri di decine di paesi sono stati coinvolti nella progettazione, pianificazione e costruzione dell’LHC, e il costo per i materiali e la manodopera è stato di quasi 5 miliardi di dollari; questo non include il costo del funzionamento degli esperimenti e dei computer.

Un obiettivo del progetto LHC è capire la struttura fondamentale della materia ricreando le condizioni estreme che si sono verificate nei primi momenti dell’universo secondo il modello del big-bang. Per decenni i fisici hanno usato il cosiddetto modello standard per le particelle fondamentali, che ha funzionato bene ma ha dei punti deboli. In primo luogo, e più importante, non spiega perché alcune particelle hanno massa. Negli anni ’60 il fisico britannico Peter Higgs postulò una particella che aveva interagito con altre particelle all’inizio del tempo per fornire loro la loro massa. Il bosone di Higgs non era mai stato osservato – dovrebbe essere prodotto solo da collisioni in un intervallo di energia non disponibile per gli esperimenti prima dell’LHC. Dopo un anno di osservazione delle collisioni all’LHC, gli scienziati hanno annunciato nel 2012 di aver rilevato un segnale interessante, probabilmente proveniente da un bosone di Higgs con una massa di circa 126 gigaelettronvolt (miliardi di elettronvolt). Ulteriori dati confermano definitivamente quelle osservazioni come quelle del bosone di Higgs. In secondo luogo, il modello standard richiede alcuni presupposti arbitrari, che alcuni fisici hanno suggerito possano essere risolti postulando un’ulteriore classe di particelle supersimmetriche; queste potrebbero essere prodotte dalle energie estreme dell’LHC. Infine, l’esame delle asimmetrie tra le particelle e le loro antiparticelle può fornire un indizio per un altro mistero: lo squilibrio tra materia e antimateria nell’universo.

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