martedì 21 novembre 2006

l' LHC : questo grande sconosciuto

Solo a titolo informativo, riporto un articolo scritto qualche mese fa, credo che possa essere interessante...

LHC , il grande collisore di adroni*

Il Large Hadron Collider (LHC) sarà lo strumento più potente mai costruito per studiare le particelle elementari
- Cos'è la massa? Sappiamo come misurarla, ma da cosa è determinata?
- Qual è l'origine della massa? In particolare, esiste il bosone di Higgs?
- Perché le particelle elementari presentano masse diverse? In altri termini, le particelle interagiscono con il campo di Higgs?

Sappiamo ora che il 95% della massa dell'universo non è costituita da materia simile a quella che conosciamo da tempo.
Di che si tratta? In altre parole, cosa sono la materia oscura e l'energia oscura?
Esistono le extradimensioni previste da vari modelli emersi dalla teoria delle stringhe? E possiamo "vederle" in qualche modo?
Cosa si può conoscere con maggiori dettagli di oggetti già noti (come il quark top)?
Queste, insieme a tante altre, le domande a cui si potrebbe rispondere grazie all’LHC (Large Hadron Collider), il nuovo acceleratore di particelle in costruzione presso il CERN di Ginevra per collisioni tra protoni e tra ioni pesanti.
Sarà un acceleratore circolare con una circonferenza di 27 chilometri, si troverà a una profondità di 100 metri, consterà di 1232 magneti a due poli per la guida dei fasci di particelle e 400 magneti a quattro poli per la focalizzazione degli stessi.
Lavorerà a una temperatura di circa 300°C al di sotto di quella ambiente per rendere possibile la superconduzione dei magneti e permetterà di raggiungere, nelle collisioni, un’energia di 14 TeV, superando in prestazioni il Tevatron del Fermilab, l’acceleratore più potente attualmente in funzione.
Verrà costruito nello stesso tunnel che oggi ospita il LEP (Large Electron Positron Collider), con conseguenti riduzioni di costo, alle quali contribuirà anche l’impiego della catena di acceleratori tuttora in uso presso il centro europeo di ricerche nucleari.
La missione di LHC sarà di svelare alcuni dei misteri cha ancora avvolgono l’origine, la costituzione e il futuro dell’Universo. Tra essi, indubbiamente, il mistero della cosiddetta “materia oscura” è uno dei più affascinanti. Da qualche tempo gli astronomi hanno scoperto che la materia conosciuta rappresenta soltanto il 5% di quella esistente nell’Universo; del restante 95%, sappiamo soltanto che è materia oscura, ovvero che non emette radiazione elettromagnetica e non può, quindi, essere rilevata direttamente.
La sua individuazione è indiretta e possibile grazie all’osservazione di anomalie nell’attrazione gravitazionale tra le stelle all’interno delle galassie: alcune stelle, cioè, sembrano muoversi più velocemente di quanto dovrebbero nel caso in cui fossero sotto l’influenza della sola materia conosciuta presente nella galassia di cui fanno parte. Dunque, oltre alla materia che ebbe origine dai quark e dai leptoni, quella ordinaria per intenderci, subito dopo il Big Bang si sarebbe formato un altro tipo di materia. La teoria della grande unificazione predice l’esistenza di “superparticelle” che costituirebbero tale materia, ma che finora non sono state osservate. La ragione di ciò risiede probabilmente nel fatto che, pur essendosi costruiti grandi acceleratori in più parti del mondo, non sono state ancora raggiunte densità di energia sufficientemente alte da essere rappresentative di quelle che si verificarono immediatamente dopo il Big Bang. La costruzione di LHC, proprio per il suo incremento nella potenza di collisione, potrebbe permettere di fare il salto necessario per riuscire a osservare queste superparticelle.
Nel 2007, i due fasci di protoni di LHC saranno accelerati in direzione opposta su 27 km di circonferenza prima di entrare in collisione. I fasci collideranno ad una energia nel centro di massa, ancora mai raggiunta, di 14 TeV. Questa energia è la stessa sviluppata ad un tempo di un milionesimo di milionesimo di secondi dopo il Big Bang! L'LHC funzionerà grazie alla superconduttività con più di 1200 dipoli magnetici superconduttori per guidare il fascio. Funzionerà alla temperatura di -272° C. I fasci di protoni saranno preparati dalla catena di acceleratori esistenti al Cern, prima di essere iniettati nell'LHC.
Gigantesche caverne sono state scavate per ospitare gli esperimenti di LHC. Quella che accoglierà il rivelatore ATLAS è grande come un palazzo di sei piani!
4 gigantesche caverne sotterranee per ospitare altrettanti rivelatori
- La più alta energia
- La più alta frequenza di collisione dei fasci
I rivelatori chiamati ATLAS e CMS permetteranno di ricercare il bosone di Higgs ed eventuali nuove particelle. Il rivelatore LHCb studierà le differenze tra la materia e l'antimateria. Il rivelatore ALICE permetterà di studiare lo stato della materia nei primi istanti dell'Universo una frazione di secondi dopo il Big Bang.
Ad ogni secondo, 800 milioni di collisioni protone-protone saranno prodotte ad LHC. L’energia immagazzinata nell’acceleratore è equivalente all’energia cinetica di una massa di 1 kg lanciata ad una velocità di ~100000 km/h.
Ad ogni collisione migliaia di particelle saranno viste nei rivelatori. Il flusso di informazioni sarà allora comparabile con quello del traffico telefonico generato dalla popolazione mondiale.
La produzione delle particelle più interessanti come la particella di Higgs è molto rara. Si prevede che ne sarà prodotta non più di una al giorno.
Quattro esperimenti ATLAS, CMS, ALICE e LHCb, utilizzando dei rivelatori molto grandi, studieranno le particelle prodotte dalle collisioni dei fasci di LHC.