Large Hadron Collider

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L'interno del tunnel del LHC, dove sono stati installati magneti superconduttori.

Il Large Hadron Collider (in italiano: grande collisore di adroni abbreviato LHC) è un acceleratore di particelle, collaudato[1] presso il CERN di Ginevra.

LHC è l'acceleratore di particelle più grande e potente finora realizzato ed uno dei più cari progetti mai realizzati. Può accelerare protoni e ioni pesanti fino al 99,9999991% della velocità della luce e farli successivamente scontrare, raggiungendo un'energia, nel centro di massa, di 14 teraelettronvolt. Simili livelli di energia non erano mai stati raggiunti fino ad ora in laboratorio. È costruito all'interno di un tunnel sotterraneo lungo 27 km situato al confine tra la Francia e la Svizzera, in una regione compresa tra l'aeroporto di Ginevra e i monti Giura, originariamente scavato per realizzare il Large Electron-Positron Collider (LEP). Il tunnel si trova a 100 m di profondità in media.

I componenti più importanti del LHC sono gli oltre 1600 magneti superconduttori raffreddati alla temperatura di 1,9 K (-271,25 °C)[2] da elio liquido superfluido che realizzano un campo magnetico di circa 8 Tesla, necessario a mantenere in orbita i protoni all'energia prevista. Il sistema criogenico di LHC è il più grande che esista al mondo.

L'entrata in funzione del complesso[1], inizialmente prevista per la fine del 2007,[3] è avvenuta il 10 settembre 2008[4][5][6] alle ore 9:45, inizialmente ad un'energia inferiore a 1 TeV.

Il 10 Settembre 2008 i protoni hanno percorso per la prima volta con successo l'anello principale di LHC. Il 19 Settembre 2008, le operazioni furono fermate a causa di una seria rottura tra due bande magnetiche. LHC dovrebbe riprendere la sua attività a metà novembre 2009.[7]

Il Large Hadron Collider con i suoi punti sperimentali e preacceleratori. I fasci di protoni e ioni pesanti di piombo partiranno dagli acceleratori in p e Pb. Continueranno il loro cammino nel proto-sincrotrone (PS), nel super-proto-sincrotrone (SPS) per arrivare nell'anello più esterno di 27 km. Durante il percorso si trovano i quattro punti sperimentali ATLAS,CMS,LHCb,ALICE

La macchina accelererà due fasci di particelle che circoleranno in direzioni opposte, ciascuno contenuto in un tubo a vuoto, che collideranno in quattro punti lungo l'orbita, in corrispondenza di caverne nelle quali il tunnel si allarga per lasciare spazio a grandi sale sperimentali. In queste stazioni vi sono i quattro principali esperimenti di fisica delle particelle: ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb ed ALICE (A Large Ion Collider Experiment). Si tratta di enormi apparati costituiti da numerosi rivelatori che utilizzano tecnologie diverse e opereranno intorno al punto in cui i fasci collidono. Nelle collisioni saranno prodotte, grazie alla trasformazione di una parte dell'altissima energia in massa, numerosissime particelle che attraverseranno rivelatori e le cui proprietà saranno misurate dai rivelatori.

Tra gli scopi principali degli studi sarà cercare fra queste particelle tracce dell'esistenza del bosone di Higgs e di nuove particelle.

Il programma scientifico di LHC prevede anche la collisione tra ioni pesanti. Nuclei di piombo potranno essere accelerati all'energia di 2,7 TeV per nucleone, corrispondente a 575 TeV per nucleo.

Indice

[modifica] Finalità scientifiche

Sezione di un magnete superconduttore di LHC.

I fisici di tutto il mondo si propongono di utilizzare LHC per avere risposte a varie questioni che reputano fondamentali per il proseguimento dell'indagine fisica.

[modifica] Esperimenti al LHC

Il rivelatore CMS ad LHC

Il programma scientifico di LHC prevede sei esperimenti, attualmente per gran parte installati e nella fase finale di collaudo. I due esperimenti più grandi sono ATLAS[8] (A Toroidal LHC ApparatuS) e CMS[9] (Compact Muon Solenoid) che sono rivelatori di enormi dimensioni ed avanzata tecnologia realizzati da collaborazioni internazionali comprendenti oltre 2000 fisici. L'esperimento LHCb è invece progettato per studiare la fisica dei mesoni B, mentre ALICE[10] è ottimizzato per lo studio delle collisioni tra ioni pesanti. I due rivelatori più piccoli sono TOTEM[11] e LHCf[12], specializzati per studiare le collisioni che producono particelle a piccolo angolo rispetto alla direzione dei fasci.

Il primo fascio di protoni è circolato nell'acceleratore il 10 Settembre 2008 in mattinata.[13] Le particelle vennero sparate nell'acceleratore in senso orario alle 10:28 locali.[14] Il CERN successivamente sparò in senso antiorario un altro fascio di protoni che arrivò a destinazione alle 14:59.

Le prime "modeste" collisioni ad alta energia di 900 GeV sarebbero dovute avvenire nei primi giorni della settimana che ha inizio il 22 settembre 2008. A partire dal 12 Ottobre 2008, prima dell'inaugurazione ufficiale (il 21 ottobre 2008), il LHC avrebbe già dovuto operare a un'energia di 10 TeV.[15] Nel 2009 dovrebbe raggiungere l'energia massima di 14 TeV. I tempi si sono dilatati poiché, dopo solo una decina di giorni dall'accensione del 10 settembre, si è verificato un guasto che terrà fermo l'acceleratore per vari mesi. Si prevede il riavvio dell'apparato a metà novembre 2009.[16].

[modifica] stato dei lavori

Tabella tempistica
Data Evento
10 Sep 2008 Passato con sucesso il primo protone all'interno del circuito, a regimi minimi.
19 Sep 2008 Un super-conduttore si danneggia causando la perdita di 6 tonellate di elio liquido
30 Sep 2008 Viene programmata una prima collisione a regimi medio-bassi, ma viene rimandata a causa di problemi tecnici
16 Oct 2008 Viene rilasciata una prima analisi dell'incidente al super-conduttore.
21 Oct 2008 Inaugurazione ufficiale.
5 Dec 2008 CERN rilascia altre analisi dettagliate
Nov 2009 LHC riaccenderà ad una potenza di 3.5 TeV.
Fine 2010 LHC spegnerà, e cominceranno i lavori per portarlo ad una potenza di 7 TeV.

[modifica] Rischi legati al LHC

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi la voce Rischi legati all'impiego del LHC.

Secondo alcuni il Large Hadron Collider potrebbe causare la distruzione della Terra[17][18][19]. Secondo questi il CERN potrebbe:

Gli scienziati del CERN fin dall'inizio hanno sempre sostenuto che non c'è nessun pericolo perché la radiazione di Hawking avrebbe impedito ai mini buchi neri di essere una minaccia in quanto li avrebbe fatti evaporare in una frazione di secondo e oltretutto nell'Universo avvengono naturalmente accelerazioni di particelle ad energie pari o superiori a quelle dell'LHC e non sono stati ancora osservati fenomeni simili.

Tuttavia alcuni catastrofisti, come Wagner, Sancho, Blodgett e Rossler, non sono d'accordo con la valutazione dei rischi del CERN e temono che la minaccia sia reale. Di conseguenza due di loro, i già citati Walter Wagner e Luis Sancho, nel marzo 2008 citarono in giudizio presso una corte delle Hawaii il CERN, il Fermilab di Chicago e il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti che hanno partecipato alla costruzione dell'acceleratore nel tentativo di impedire l'entrata in funzione del LHC, [21]ma persero la causa. In seguito nel settembre 2008 altri catastrofisti si sono rivolti alla Corte Europea dei diritti dell'uomo per fermare l'esperimento in quanto potrebbe (secondo loro) produrre un pericoloso buco nero ma la Corte Europea ha respinto la richiesta[22].

Il 20 giugno 2008, l'LHC Safety Assessment Group (LSAG), il team che si occupa della valutazione di rischio per l'LHC, ha rilasciato un nuovo rapporto sulla sicurezza che va ad aggiornare quello del 2003[23], nel quale riafferma ed estende le precedenti conclusioni riguardo al fatto che "le collisioni provocate dal LHC non presentano alcun pericolo e non vi è motivo di preoccupazione".[24][25][26] il rapporto del LSAG report è stato quindi revisionato e vagliato dal CERN’s Scientific Policy Committee,[27] un gruppo di scienziati esterni che offrono consulenza al CERN.[24][28][29] Il 5 settembre 2008, il documento del LSAG, "Review of the safety of LHC collisions" è stato pubblicato sul Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics .[30]

[modifica] Nella cultura popolare

Il Large Hadron Collider viene menzionato in Angeli e demoni di Dan Brown, in cui l'antimateria creata al LHC viene usata come arma contro il Vaticano. Il CERN pubblicò una pagina Verità o Finzione? in cui si discuteva sull'accuratezza del libro per quanto riguarda LHC, CERN, e la fisica delle particelle in generale.[31] Alcune scene della versione cinematografica del romanzo sono state girate al LHC; il regista Ron Howard ha incontrato esperti del CERN nel tentativo di rendere più accurato per quanto riguarda la scienza il film.[32]

BBC Radio 4 commemorò l'accensione del LHC il 10 Settembre 2008 con un "Big Bang Day".[33] Venne incluso in questo evento un episodio radio della serie Torchwood, con una trama riguardante LHC, intitolato Lost Souls.[34]

Anche il romanzo di Angelo Paratico Black Hole è incentrato sul LHC; in questo romanzo alcuni scienziati (tra cui un premio Nobel, che viene poi ucciso da due scienziati del CERN) tentano di impedire che l'LHC entri in funzione perché temono che si crei un buco nero stabile, cosa che poi avviene. Il romanzo è un misto tra fantascienza e catastrofismo e contiene anche elementi fantastici come spettri e un demone (RAYPOZ) che possiede la figlia di uno scienziato del CERN e che viene poi esorcizzato da un gesuita che teme che l'LHC causi la fine del mondo.

[modifica] Divulgazione

  • Sul sito web del CERN è stata messa a disposizione in 1589 pagine e 115 megabyte la documentazione completa[35] riguardo gli esperimenti e l'intera struttura dell'anello e dei rilevatori posizionati al suo interno.
  • Sempre sul sito del CERN è possibile aggiornarsi sullo stato dell'arte del progetto[36][37]
  • Su YouTube alcuni scienziati del CERN appassionati di musica hanno divulgato, in via del tutto informale, un video rap[38] che spiega in maniera semplice e divertente il funzionamento dell'acceleratore e il suo scopo.
  • L'evento del 10 settembre 2008 è stato trasmesso in diretta via Internet dal Live Webcast del CERN[39] e diffuso attraverso molti network europei.
  • L'Imperial College di Londra ha messo a disposizione un sito per monitorare in tempo reale[40] l'utilizzo della LCG (Worldwide LHC Computing Grid), la griglia di elaboratori usata per la composizione e analisi dei dati provenienti dagli esperimenti del LHC.

[modifica] Note

  1. ^ a b (EN) CERN, Comunicato stampa, 10 settembre 2008 First beam in the LHC - accelerating science
  2. ^ È una temperatura più fredda di quella dello spazio cosmico, la cui radiazione di fondo ha una temperatura di 2,726 K. Vedi anche il documento del CERN.
  3. ^ Comunicato stampa del CERN del 20 giugno 2003
  4. ^ Minute del 43° meeting dell LHC Commissioning Working Group, 8 aprile 2008.
  5. ^ Bollettino del CERN del 31 marzo 2008.
  6. ^ Il ritardo è in parte dovuto ad un inconveniente tecnico avvenuto durante la costruzione il 6 aprile 2007
  7. ^ (IT) Acceleratore Lhc, lavori in corso. www.repubblica.it. URL consultato il 16-12-2008.
  8. ^ Vedi anche il sito web di ATLAS.
  9. ^ Vedi anche il sito web di CMS.
  10. ^ The ALICE experiment
  11. ^ Vedi anche il sito dell'esperimento TOTEM.
  12. ^ Vedi anche la pagina LHCf del CERN.
  13. ^ Success for 'Big Bang' experiment. BBC
  14. ^ First beam in the LHC - accelerating science. CERN. URL consultato il 2008-09-10.
  15. ^ Henderson, Mark (18 September 2008) "‘Big bang machine’ is back on collision course after its glitches are fixed". Times Online.
  16. ^ http://user.web.cern.ch/user/news/2009/090716.html
  17. ^ France builds doomsday machine
  18. ^ Risk evaluation forum.org
  19. ^ lhcdefense.org
  20. ^ Dimopoulos, S. and Landsberg, G. Black Holes at the Large Hadron Collider. Phys. Rev. Lett. 87 (2001).
  21. ^ «Denunciato l'Lhc di Ginevra: «rischio Apocalisse» Il Cern: «L'allarme non sostenuto dai dati»». Il Messaggero, 29-marzo-2008. URL consultato in data 30-03-2008.
  22. ^ Repubblica.it
  23. ^ Si veda il report del CERN e la presentazione di Michelangelo Mangano.
  24. ^ a b (EN) "The safety of the LHC". CERN 2008 (CERN website).
  25. ^ (EN) Ellis J, Giudice G, Mangano ML, Tkachev I, Wiedemann U (LHC Safety Assessment Group) (20 June 2008). Review of the Safety of LHC Collisions. CERN record. arXiv:0806.3414.
  26. ^ (EN) Ellis J, Giudice G, Mangano ML, Tkachev I, Wiedemann U (LHC Safety Assessment Group) (20 June 2008). Review of the Safety of LHC Collisions: Addendum on Strangelets.
  27. ^ (EN) CERN Scientific Policy Committee (2008). SPC Report on LSAG Documents. CERN record.
  28. ^ (EN) Overbye, Dennis. (21 June 2008). "Earth Will Survive After All, Physicists Say". The New York Times.
  29. ^ (EN) "CERN Council looks forward to LHC start-up". PR05.08 (20 June 2008). CERN 2008.
  30. ^ (EN) Ellis J, Giudice G, Mangano ML, Tkachev I, Wiedemann U (LHC Safety Assessment Group) (5 September 2008). "Review of the safety of LHC collisions ". ''Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. 35, 115004 (18pp). doi:10.1088/0954-3899/35/11/115004. CERN record. arXiv:0806.3414.
  31. ^ Angels and Demons. CERN. URL consultato il 2008-07-16.
  32. ^ Ceri Perkins. ATLAS gets the Hollywood treatment in ATLAS e-News. CERN. URL consultato il 2008-07-16.
  33. ^ BBC - Radio 4 - Big Bang Day. BBC, 2008-09-10. URL consultato il 2008-09-11.
  34. ^ Programming for Big Bang Day on BBC Radio 4. BBC Press Office. URL consultato il 2008-08-11.
    Radio 4 - Big Bang Day. BBC. URL consultato il 2008-09-10.
    Paul Donovan. «The BBC has Big Bang to rights». The Sunday Times, 2008-09-07. URL consultato in data 2008-09-11.
  35. ^ The CERN Large Hadron Collider: Accelerator and Experiments.
  36. ^ LHC News.
  37. ^ LHC First Beam.
  38. ^ Large Hadron Rap (YouTube video).
  39. ^ CERN Live Webcast.
  40. ^ GridPP Real Time Monitor @ ic.ac.uk )

[modifica] Voci correlate

[modifica] Esperimenti presso LHC

[modifica] Altri progetti

[modifica] Collegamenti esterni

Estratto da "http://it.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider"
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