Scopri come partecipare al CERN
Una vista dall’alto dell’LHC
(Credit: CERN)
Il Large Hadron Collider (LHC) è di gran lunga il più potente acceleratore di particelle costruito finora. A seguito di un aggiornamento, l’LHC opera ora ad un’energia che è 7 volte superiore a qualsiasi macchina precedente! L’LHC ha sede presso il laboratorio europeo di fisica delle particelle CERN, vicino a Ginevra in Svizzera. Il CERN è il più grande laboratorio del mondo ed è dedicato alla ricerca della scienza fondamentale.
L’LHC permette agli scienziati di riprodurre le condizioni che esistevano in un miliardesimo di secondo dopo il Big Bang facendo collidere fasci di protoni o ioni ad alta energia a velocità colossali, vicine alla velocità della luce. Questo fu il momento, circa 13,7 miliardi di anni fa, in cui si crede che l’Universo sia iniziato con un’esplosione di energia e materia. Durante questi primi momenti tutte le particelle e le forze che modellano il nostro universo sono venute all’esistenza, definendo ciò che ora vediamo.
Evoluzione dell’universo dopo il big bang
(Credit: CERN)
L’LHC è esattamente ciò che il suo nome suggerisce – un grande collisore di adroni (qualsiasi particella composta da quark). In senso stretto, LHC si riferisce al collisore; una macchina che merita di essere etichettata come “grande”, non solo pesa più di 38.000 tonnellate, ma corre per 27 km (16,5 miglia) in un tunnel circolare 100 metri sotto terra. Le particelle sono spinte in due fasci che girano intorno all’LHC a velocità di 11.000 circuiti al secondo, guidati da enormi magneti superconduttori! Questi due fasci vengono poi fatti incrociare e alcune particelle si scontrano l’una con l’altra.
Tuttavia, il collisore è solo una delle tre parti essenziali del progetto LHC. Le altre due sono:
Manutenzione della linea di fascio di LHC
(Credit: CERN)
- I rivelatori
Ognuno dei quattro rivelatori principali si trova in enormi camere attorno all’anello di LHC per rilevare i risultati delle particelle che si scontrano. ATLAS, ALICE, CMS e LHCb. - Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
Una rete globale di computer e software che è essenziale per elaborare le masse di dati registrati da tutti i rivelatori di LHC.
L’LHC ha una portata veramente globale perché il progetto LHC è sostenuto da un’enorme comunità internazionale di scienziati e ingegneri. Lavorando in team multinazionali in tutto il mondo, stanno costruendo e testando attrezzature e software, partecipando agli esperimenti e analizzando i dati. Il Regno Unito ha un ruolo importante nel progetto e ha scienziati e ingegneri che lavorano su tutti i principali esperimenti.
Nel Regno Unito, ingegneri e scienziati in 20 siti di ricerca sono coinvolti nella progettazione e costruzione di attrezzature e nell’analisi dei dati. I ricercatori britannici sono coinvolti con tutti e quattro i rivelatori principali e con il computer GRID. Il personale britannico basato al CERN ha ruoli di primo piano nella gestione e nel funzionamento del collisore e dei rivelatori.
LHC Computing Grid Globe nel centro di calcolo
(Credit: CERN)
Il costo totale della costruzione dell’LHC è stato di circa 3..74 miliardi di sterline, costituito da tre componenti principali1:
- L’acceleratore (3 miliardi di sterline)
- Gli esperimenti (728 milioni di sterline)
- I computer (17 milioni di sterline)
Il costo totale è stato condiviso principalmente dai 20 Stati membri del CERN, con contributi significativi dalle sei nazioni osservatrici.
Il progetto LHC ha coinvolto 111 nazioni nella progettazione, costruzione e test delle attrezzature e del software, e ora continua con la loro partecipazione agli esperimenti e l’analisi dei dati. Il grado di coinvolgimento varia da paese a paese, con alcuni in grado di contribuire con più risorse finanziarie e umane di altri.
1 CERN, Ask an Expert
Molte delle università del Regno Unito contribuiscono al CERN attraverso la ricerca e il supporto alla scienza in un modo o nell’altro. Ma ci sono in particolare 20 università con centri LHC nel Regno Unito:
- Brunel University (Gruppo HEP)
- Imperial College – University of London (Gruppo HEP)
- Lancaster University (Gruppo HEP)
- Oxford University (Gruppo PP)
- Queen Mary – University of London (PP Group)
- Royal Holloway – University of London (PP Group)
- STFC Rutherford Appleton Laboratory (PPD Group)
- University College London (HEP Group)
- Università di Birmingham (EPP Group)
- Università di Bristol (PP Group)
- Università di Cambridge (HEP Group)
- Università di Durham (IPPP, CPT)
- Università di Edimburgo (Gruppo PPE, Gruppo PPT)
- Università di Glasgow (Gruppo PPE, PPT Group)
- Università di Liverpool (Gruppo PP)
- Università di Manchester (Gruppo PP)
- Università di Sheffield (Gruppo PP)
- Università del Sussex (Gruppo EPP, TPP Group)
- Università di Swansea (TPP Group)
- Università di Warwick (EPP Group)
L’LHC è stato costruito in un tunnel originariamente costruito per un collisore precedente, LEP (Large Electron Positron collider). Questa era la soluzione più economica per costruire sia il LEP che l’LHC. Era più economico costruire un tunnel sotterraneo che acquistare l’equivalente terreno in superficie. Mettere la macchina sottoterra riduce anche notevolmente l’impatto ambientale dell’LHC e delle attività associate.
La roccia che circonda l’LHC è uno scudo naturale che riduce la quantità di radiazione naturale che raggiunge l’LHC e questo riduce l’interferenza con i rivelatori. Viceversa, la radiazione prodotta quando l’LHC è in funzione è schermata in modo sicuro verso l’ambiente circostante da 50 – 100 metri di roccia.
Può l’LHC creare un nuovo universo?
La gente a volte si riferisce all’LHC ricreando il Big Bang, ma questo è fuorviante. Quello che intendono in realtà è:
- creare le condizioni e le energie che esistevano poco dopo l’inizio del Big Bang, non il momento in cui il Big Bang è iniziato
- creare condizioni su scala ridotta, non sulla stessa scala del Big Bang originale
- creando energie che vengono continuamente prodotte naturalmente (dai raggi cosmici ad alta energia che colpiscono l’atmosfera terrestre) ma a volontà e all’interno di sofisticati rilevatori che tracciano ciò che sta accadendo
Nessun Big Bang – quindi nessuna possibilità di creare un nuovo Universo.
Il CERN non è mai stato coinvolto nella ricerca sull’energia nucleare o sulle armi nucleari, ma ha fatto molto per aumentare la nostra comprensione della struttura fondamentale dell’atomo.
Il titolo CERN è in realtà un residuo storico, dal nome del consiglio che fu fondato per stabilire un’organizzazione europea per la ricerca fisica di livello mondiale. CERN sta per ‘Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire’ (o Consiglio europeo per la ricerca nucleare). Al tempo in cui il CERN fu istituito (1952 – 1954) la ricerca fisica stava esplorando l’interno dell’atomo, il che spiega la parola ‘nucleare’ nel suo titolo. Il Consiglio fu sciolto una volta formata la nuova organizzazione (l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare), ma il nome CERN rimase.
Questo è altamente improbabile, per due ragioni principali:
In primo luogo, il CERN e gli scienziati e ingegneri che vi lavorano e le loro ricerche non hanno alcun interesse nella ricerca sulle armi. Si dedicano a cercare di capire come funziona il mondo, e sicuramente non come distruggerlo.
In secondo luogo, i fasci di particelle ad alta energia prodotti all’LHC richiedono una macchina enorme che consuma 120MW di potenza e contiene 91 tonnellate di elio liquido super-raffreddato. I fasci stessi hanno molta energia (l’equivalente di un intero treno Eurostar che viaggia alla massima velocità) ma possono essere mantenuti solo nel vuoto. Se rilasciato nell’atmosfera, il fascio interagirebbe immediatamente con gli atomi nell’aria e dissiperebbe tutta la sua energia in una distanza estremamente breve.
L’LHC produce energie molto alte, ma questi livelli di energia sono limitati a piccoli volumi all’interno dei rivelatori. Molte particelle ad alta energia, provenienti da collisioni, sono prodotte ogni secondo, ma i rivelatori sono progettati per tracciare e fermare tutte le particelle (eccetto i neutrini) poiché catturare tutta l’energia dalle collisioni è essenziale per identificare quali particelle sono state prodotte. La maggior parte dell’energia delle collisioni viene assorbita dai rivelatori, il che significa che pochissima dell’energia delle collisioni riesce a sfuggire.
Collisioni con energie molto più alte di quelle dell’esperimento sono abbastanza comuni nell’universo! Anche la radiazione solare che bombarda la nostra atmosfera può produrre gli stessi risultati; gli esperimenti lo fanno in modo più controllato per lo studio scientifico. Il pericolo principale di questi livelli di energia è per la stessa macchina LHC. Il fascio di particelle ha l’energia di un treno Eurostar che viaggia a tutta velocità e se succede qualcosa che destabilizza il fascio di particelle c’è il pericolo reale che tutta quell’energia venga deviata sulla parete del tubo del fascio e sui magneti dell’LHC, causando molti danni.
L’LHC ha diversi sistemi di sicurezza automatici che controllano tutte le parti critiche dell’LHC. Se dovesse accadere qualcosa di inaspettato (per esempio un guasto all’alimentazione o ai magneti), il fascio viene automaticamente “scaricato” per essere spruzzato in un tunnel cieco dove la sua energia viene dissipata in modo sicuro. Tutto questo avviene in millisecondi, il che significa che le particelle avrebbero navigato poco meno di 3 circuiti prima che il dump sia completo.
Contatti
Charlotte Jamieson
UK CERN Liaison and Accelerator Programme Manager
Tel: +44 (0)1793 442 027
Anthony Davenport
Programme Support Manager
Tel: +44 (0)1793 442 004
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