Il Big Bang in laboratorio

10 settembre 2008

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

Sono pochi i casi in cui si può essere certi di assistere a un evento che segnerà la storia. A volte capita con le manifestazioni sportive, come le olimpiadi appena concluse, dove si registrano i record, ossia si stabilisce che un atleta è il più bravo, il più veloce, il migliore nella sua disciplina.

La stessa cosa avviene oggi, 10 settembre 2008, in campo scientifico per la fisica delle particelle; alle 9 verrà avviato l'LHC (Large Hadron Collider - il grande collisore di adroni, cioè particelle atomiche) al Cern (Consiglio europeo per la ricerca nucleare) di Ginevra. Non è esagerato definirlo "l'esperimento del secolo".

L'LHC è un acceleratore di particelle di forma circolare (27 km di circonferenza) costruito a una profondità di 80-150 metri, nel sottosuolo a cavallo tra Svizzera e Francia.

La fisica delle particelle si occupa di studiare la materia e in particolare di trovarne i costituenti fondamentali, i mattoncini che costituiscono tutto ciò che vediamo. All'inizio del Novecento gli scienziati pensavano che i componenti ultimi della materia fossero gli atomi (un nome di origine greca che vuol dire "indivisibile"). Nei primi trent'anni del Novecento, diversi esperimenti dimostrarono che l'atomo è formato da altre particelle: protoni, neutroni e elettroni. La teoria oggi accettata è il cosiddetto Modello Standard, elaborato a partire dagli anni Settanta, per il quale i protoni e i neutroni sono a loro volta sono costituiti di altre particelle ancora più piccole: i quark.

Per capire la composizione di una particella si utilizza un principio molto semplice: si fanno scontrare due particelle con molta energia (ossia, che si muovono a grande velocità) e si osservano i "cocci" della collisione, cioè si rilevano le nuove particelle prodotte dallo scontro. Gli scienziati hanno quindi bisogno di proiettili di alta energia per studiare i costituenti della materia e trovare le leggi che regolano le loro interazioni.

L'LHC permetterà di studiare il comportamento delle particelle a energie elevate, paragonabili a quelle esistenti pochi momenti dopo il Big Bang (la grande esplosione da cui avrebbe avuto origine l'universo). Tutto questo grazie alla possibilità di accelerare due fasci di protoni a una velocità molto vicina a quella della luce (circa 300.000 km al secondo).

Un buco nero in una rappresentazione artistica della NASA.

E allora, che cosa sta per succedere al Cern di Ginevra? Domani sarà inserito il primo fascio all'interno dell'anello acceleratore e successivamente ne verrà inserito un altro, quindi i due fasci verranno fatti scontrare in alcuni punti dove sono piazzati grandi rilevatori di particelle (i nomi dei quattro più grandi sono Alice, Atlas, LHCb e CMS). Le prime collisioni sono previste per il 21 ottobre 2008.

I protoni, accelerati da un campo magnetico 200 mila volte più potente di quello della Terra, generato grazie ad un sistema di circa 2.000 magneti speciali (detti "superconduttori"), raggiungeranno ciascuno un'energia di 7 TeV (tera-elettronvolt, mille miliardi di elettronvolt). Per fare un confronto, 1 TeV è l'energia di una zanzara in volo. Quindi, 7 TeV possono sembrare poca cosa. Ma un protone è mille miliardi di volte più piccolo di una zanzare e quindi l’energia è molto più concentrata.

Si è parlato molto di questo esperimento, perché alcune persone ritengono che nell'LHC si possa formare un buco nero o possano avvenire altri fenomeni fisici che metterebbero a rischio il nostro pianeta, ma la situazione è stata studiata attentamente e tutti i pericoli sono stati esclusi. Infatti gli scienziati hanno a disposizione un laboratorio ancora più potente come "modello", cioè l'universo. In ogni momento l'atmosfera della Terra è bombardata dai raggi cosmici, fasci di protoni di energia ancora più elevata. Il vantaggio di LHC è si potranno ripetere gli stessi fenomeni, in condizioni controllate.

Come in un'olimpiade della scienza a quest'esperimento partecipano più di 5.000 di scienziati da oltre 60 nazioni e la sua accensione sarà trasmessa in Eurovisione e in diretta via internet (all'indirizzo http://webcast.cern.ch/index.html).

Fonti

• «First beam in the LHC - accelerating science» – CERN, 10 settembre 2008.
• «Brochure in italiano su LHC» – CERN, 2008.