LHC - L'acceleratore di particelle del Cern (Higgs c'è: lui o chi per lui!))

[The Summarizer]

Riassunto al 29/04/2013

(Informazioni più recenti in cima)

http://youtu.be/4aC1aT6B0mM

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30/03/2010 - Collisione record al Cern, ad un passo dal Big Bang

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Domande su LHC

Ieri e' stato il grande giorno della partenza di quel che fino ad oggi e' stato l'esperimento di fisica piu' grande che mani d'uomo abbiano mai realizzato. Ovviamente, tra le migliaia di fisici e ingegneri che hanno collaborato alla realizzazione e' stata una giornata di festeggiamenti, complimenti, applausi e brindisi. Ma grazie alla diffusione mediatica, l'evento e' arrivato nelle case di tanti, tantissimi non addetti ai lavori che per la prima volta (o quasi) nella loro vita hanno sentito parole del genere: acceleratore di particelle, collisioni ad altissima energia, riprodurre condizioni simili a quella di Big Bang, riportare l'universio al suo stato primordiale. Insomma, tante frasi ad effetto utili a colpire l'attenzione dell'ascoltatore / lettore, ma senza spiegare effettivamente cosa succede ad LHC.

Per questo motivo e per evitare che errori di interpretazione dei giornalisti, si traducano in vostre sbagliate convinzioni, abbiamo aperto questo post dove saremo contenti di rispondere alle vostre domande sull'acceleratore piu' grande del mondo e sui suoi esperimenti.

Voi lasciateci le domande nei commenti e noi aggiungeremo le risposte, o almeno quelle che sappiamo!

Cosa significa LHC?

LHC e' una sigla in lingua inglese abbreviazione di Large Hadron Collider che possiamo tradurre in Grande Collisionatore di Adroni. Un collisionatore e' una macchina che serve ad accelerare particelle microscopiche, e una volta che queste hanno raggiunto un livello di energia elevato, vengono fatte scontrare tra di loro. Gli adroni sono una famiglia di particelle, a cui appertiene anche il comune protone.

A cosa serve LHC?

LHC e' una macchina che permette di fare esperimenti di fisica. Nei punti dove, in modo controllato, avvengono le collissioni tra protoni, sono stati costruiti altre macchine, chiamate esperimenti (ATLAS, CMS, ALICE, LHCb), dalle dimensioni colossali, piu' simili per dimensioni e peso ad un palazzo che agli esperimenti di fisica che le persone comuni si immaginano.

Quando, purtroppo, capita un incidente stradale le auto coinvolte vengono deformate e allontanate dalla loro traiettoria iniziale. Questo succede anche negli incidenti tra protoni, a questo, pero', bisogna aggiungere il fatto che, vista l'elevata densita' di energia in gioco nell'urto, vengono create nuove particelle oltre a quelle iniziali. Gli esperimenti, un po' come i vigili urbani, cercano di capire l'esatta dinamica dell'urto guardando agli stati finali delle particelle scagliate in tutte le direzioni. Questo permette di capire come sono fatte le particelle che si sono scontrate, quelle che sono state prodotte e tutte le loro interazioni.

Queste nuove particelle hanno gia' tutte un nome?

Gran parte delle particelle che vengono create nelle interazioni tra protoni hanno gia' un nome perche' sono gia' state scoperte o comunque gia' previste da precedenti teorie. Nessuno esclude pero' che si verranno a creare particelle mai viste prima e mai ipotizzate precedentemente. Un mio caro amico, per esempio, attende da anni la scoperta della particella Wino (pronunciato vino), partner supersimmetrico del bosone W.

Cosa vogliono scoprire questi esperimenti?

Il primo obiettivo che gli esperimenti a LHC si prefiggono di scoprire e' il Bosone di Higgs, quello che, a parere mio erroneamente, la stampa ha chiamato particella di dio. Questa particella, la cui esistenza e' ipotizzata in molte teorie, non e' pero' mai stata osservata direttamente e i fisici sperano di stanarla usando insieme la forza bruta di una macchina come LHC e la vista acuta di quei mastodontici microscopi che sono gli esperimenti. Se il bosone di Higgs esiste, allora in tutta probabilita' verra' scoperto a LHC, se non esiste, questa sarebbe gia' di per se' una scoperta che deve portare i fisici a riformulare le loro teorie lasciando cadere l'ipotesi di Higgs.

Se l'Higgs esiste e viene scoperto, il gioco non e' ancora finito, perche' i fisici hanno molti altri aspetti che vogliono indagare, come per esempio la Super Simmetria, la teoria delle stringhe, la Grande Unificazione, l'origine della materia e dell'energia oscura... Insomma ci sara' da divertirsi!

Quanto dureranno questi esperimenti?

Leggendo i giornali di ieri si aveva l'impressione che ieri mattina iniziava l'esperimento e ora di ieri sera era tutto finito. Di certo ora di ieri sera era finito lo show, ma non l'esperimento! Queste macchine sono state progettate per prendere dati per dieci anni filati e comunque, al termine della presa dati, serviranno ancora anni di studio per raffinare le analisi e migliorare i risultati ottenuti. Insomma e' vero che gli scienziati hanno impiegato 15 anni per progettare LHC e construirlo, ma ne trarranno vantaggio per un periodo di almeno uguale lunghezza.

Chi ha pagato LHC? E quanto e' costato?

LHC e' stato costruito al CERN e in quanto tale e' stato pagato dagli stati membri dell'organizzazione, tra cui l'Italia. Volendo banalizzare, potremmo dire che LHC e' stato pagato con i soldi degli europei. Ci e' costato qualcosa tra 5 e 6 miliardi di euro su un arco temporale di oltre 15 anni. Detta cosi' sembra una cifra enorme, ma tenete conto l'estensione temporale del finanziamento, il fatto che e' da suddividere tra tutti gli stati membri e adesso confrontatela con il buco di Alitalia (oltre un milione di euro al giorno). In fondo non e' cosi' tanto!

Inoltre LHC non e' un video poker che si mangia i nostri soldi senza darci nulla in cambio. I soldi che ogni stato ha investito nella costruzione della macchina piu' grande del mondo sono ritornati agli stati membri sotto la forma di commesse industriali. L'acceleratore infatti non e' fatto d'aria, e una parte non trascurabile degli investimenti e' stata spesa per far costruire da industrie europee i componenti di cui e' fatto.

Cosa e' successo il 10 settembre 2008?

Il 10 settembre scorso e' stata una data memorabile per tutte le persone che hanno collaborato alla realizzazione di questo enorme progetto. In realta' il 10 settembre e' stato solo l'inizio di una grande avventura che durera' almeno una decina di anni. Gli scienziati sono riusciti a far circolare entrambi i fasci di protoni nelle due direzioni (senza per il momento nessuna collisione) ad una energia molto piu' bassa di quella a cui poi LHC andra' a lavorare. Si e' quindi trattato del primo test di funzionalita' completa dell'apparato. Per chi si fosse perso l'eventro trasmesso in diretta mondiale e' ora possibile rivedere una sintesi cliccando qui.

Per il momento questo e' tutto, pero' non esistate a fare le vostre domande, anche tecniche e noi cercheremo di rispondervi nel modo piu' comprensibile possibile.

unico-lab: Domande su LHC

Numeri e curiosità su LHC

La stampa generalista l'ha battezzata la macchina del Big Bang, noi fisici ci limitiamo a chiamarla con il suo nome, LHC, ovvero il grande collisionatore adronico. Qualche giorno fa, vi avevamo informato che finalmente le particelle avevano ricominciato la loro folle corsa all'interno del tunnel e poche ore più tardi sono iniziate le prime collisioni. Tutto sta procedendo per il meglio, anche se per scaramanzia, vista la brutta esperienza dell'anno scorso, nessuno si sbilancia troppo in previsioni per il futuro.

Lunedì mattina, mentre stavo prendendo il caffe con i miei colleghi, mi è stata rivolta la seguente domanda: quanta corrente circola all'interno di LHC? Non conoscevo la risposta, ma la cosa che più mi ha lasciato sconsolato è che non ne sapevo nemmeno l'ordine di grandezza, se si tratta di micro ampere o di milioni di ampere. Dovete sapere che questo per un fisico è uno smacco tremendo, perché nessun fisico - a differenza di un ingegnere - si ricorda i valori precisi delle cose, ma in pochi istanti è in grado, o dovrebbe esserlo, di darvi un'indicazione più o meno precisa di qualsiasi cosa misurabile. Deluso e con la coda tra le gambe, appena ho avuto un momento libero, ho cercato su internet tutte le informazioni necessarie per saziare la mia curiosità e ho trovato anche tanti numeri interessanti.

A quanta corrente corrisponde un fascio di LHC?

Cominciamo con l'elenco di tutte le informazioni che ci servono per rispondere a questa domanda. All'interno dell'acceleratore corrono due fasci di protoni in direzioni opposte. Quindi ad essere pignoli, la corrente totale è esattamente nulla, perché per ogni protone che circola in senso orario, ce ne è un altro che gira nel verso opposto annullando la corrente totale. Se però ci limitiamo ad un fascio alla volta, allora ci serve sapere che le particelle non sono distribuite uniformemente nel tubo, ma sono raggruppate in vagoncini - tecnicamente bunch - ciascuno contenente circa 1.15E11 protoni, ovvero poco più di 100 miliardi. Quando LHC sarà a regime, l'intero acceleratore sarà riempito con 2808 bunch e ciascuno di essi compirà 11245 giri completi in un secondo. L'ultima informazione importante che ci manca per finire il nostro calcolo è la carica di un protone, ovvero 1.602E-19 coulomb. Mettendo tutti questi numeri insieme risulta che la corrente totale è: 0.58 mA ovvero di poco superiore a mezzo ampere. Prevedo un vostro sguardo interrogativo: ma è tanta o poca? Se accedente una lampadina da 100 W, quelle che sono appena state bandite perché troppo sprecone, nel suo filamento inizierà a circolare una corrente di poco inferiore al mezzo ampere, quindi comparabile con quella circolante in uno dei fasci di LHC.

• Risposta: come in una lampadina da 100W
  

7 TeV di energia sono tanti o pochi?

Il TeV è un multiplo dell'eV (elettron-volt) che è un'unità di misura di energia spesso usata in fisica, ma rarissimamente nella vita quotidiana. Però possiamo cercare qualcosa di equivalente. A LHC ogni protone avrà 7 TeV di energia corrispondente a circa 1 micro joule se vogliamo usare il sistema di unità di misura internazionale. Se prendiamo una zanzara, il cui peso si aggira intorno a 60 mg e la facciamo volare ad una velocità di 20 cm/s, allora la sua energia cinetica sarà del tutto paragonabile a quella di un singolo protone accelerato dall'anello. Detta così sembra una quantità di energia ridicolmente piccola, ma come abbiamo visto prima, ci sono 100 miliardi di protoni in un bunch, così che l'energia immagazzinata in un vagoncino scala di svariati ordini di grandezza, rendendola equivalente a quella di una moto di grossa cilindrata che viaggia a 150 km/h. Se poi consideriamo che ci sono 2808 vagoncini per fascio allora l'energia è equivalente a quella prodotta dall'esplosione di circa 80 kg di dinamite. Diventa chiaro allora che nonostante le ridotte dimensioni, questi protoni sono delle proprie e vere pesti!

• Risposta: un singolo protone = 1 zanzara che vola
  
• Risposta: un bunch = 1 moto che corre in autostrada a 150 km/h
  
  
• Risposta: un fascio intero = 80 kg di dinamite
  

Ma quanto pesa un protone da 7 TeV?

Questa è una domanda per veri specialisti, perché solo chi ha un'infarinatura di relatività speciale può sapere che aumentando la velocità di un oggetto anche la sua massa aumenta (è per questo che le donne quando si pesano stanno perfettamente immobili!!!). Per fare questo calcolo ci serve conoscere il fattore di Lorentz che a questa energia è 7460. Questo significa che da quando viene iniettato nell'acceleratore a quando è pronto per le collisioni, la massa del protone diventa 7460 volte più grande. Se prendiamo un atomo di uranio, uno degli atomi più grossi che ci sono in natura, questo pesa circa 238 volte un protone a riposo, allora possiamo dire che un protone da 7 TeV pesa come 31 atomi di uranio a riposo!

• Risposta: come 31 atomi di uranio a riposo
  

Ma perché i protoni non cadono mentre girano nel tubo?

Nella nostra esperienza quotidiana, qualunque cosa che viene lanciata prima o poi è destinata a cadere a meno che ci sia una qualche forza che annulli l'effetto della gravità. Sappiamo che la forza di gravità agisce su tutti i corpi dotati di massa e che il suo effetto è tanto più intenso tanto più grande è la massa degli oggetti in gioco. Nel caso dei protoni che compongono i fasci saremmo tentati di trascurare la gravità visto che la loro massa è di 1.6E-27 kg, ma faremmo un grave errore. Infatti, nel vuoto e in assenza di attrito, come all'interno dell'acceleratore, indipendentemente dalla massa (!) tutti i corpi cadono verso il basso nello stesso tempo (guarda esperimento sulla Luna). Allora proviamo a calcolare quanto tempo impiega un protone che parte esattamente nel centro del tubo a vuoto per arrivare a toccarne il bordo. E' presto fatto: il raggio del tubo è di circa 3 cm e quindi il tempo necessario a cadere di questa distanza è approssimativamente 75 ms. Se consideriamo la velocità a cui i protoni stanno viaggiando, allora possiamo anche calcolare quanti giri compiranno prima di toccare il bordo inferiore del tubo e come risultato troviamo 850 giri. E' quindi più che lecito domandarsi, come mai i protoni non cadono mentre girano e la risposta è che un campo magnetico annulla l'effetto della gravità mantenendo il fascio sempre, o quasi, al centro tubo.

• Risposta: non cadono perché un campo magnetico li sorregge!
  

Quanta energia consuma LHC per funzionare?

Tanta, ma veramente tanta! La potenza assorbita dal sito del CERN, quando LHC e tutti gli esperimenti sono in funzione è di circa 180 MW. A titolo di paragone pensate che la potenza elettrica di un reattore nucleare EPR si aggira intorno ai 1600 MW, quindi la potenza assorbita dal CERN è un po' più di un decimo di quella messa a disposizione di una centrale nucleare. Se siete contrari al nucleare e preferite fonti di energia più verdi, pensate che la potenza prodotta da una turbina eolica è circa 1.5 MW, quindi servono 120 turbine per saziare la fame di potenza del CERN. Se moltiplichiamo questa potenza per il numero di ore in cui il CERN è operativo durante un anno otteniamo che l'energia utilizzata dal laboratorio è circa 1 TWh che per semplicità possiamo confrontare con il consumo energetico del Cantone di Ginevra (11 TWh) e anche in questo caso troviamo che il CERN consuma circa un decimo del fabbisogno energetico dell'intero Cantone.

• Risposta: Potenza richiesta = 10% di una centrale nucleare
  
• Risposta: Energia consumata = 10% del consumo di tutto il Cantone di Ginevra
  

Altre domande?

L'anno scorso in occasione del primo fascio e purtroppo anche del fatale evento che ha messo KO la macchina per 14 mesi, avevo preparato due altri interessanti post (Domande su LHC, LHC: mi sono rotto). Andate a buttarci un occhio e magari leggete anche i commenti che erano, mi sembra di ricordare, molto interessanti. Se volete risposte ad altre domande argute e curiose, le trovate (in inglese) in questa bellissima pagina riassuntiva, oppure chiedete e cercherò di accontentarvi.

unico-lab: Numeri e curiosità su LHC

Il mondo non finira' per colpa di LHC

In quest'ultima settimana si e' diffusa su tutti i giornali ed e' stata trasmessa da tutti i mezzi di comunicazione la notizia riguardante la possibile distruzione del mondo per mano di quegli sciagurati di scienziati. Appartenendo alla categoria, mi sento un po' chiamato in causa e cosi' sono qui a scrivermi la mia opinione a riguardo.

Potete stare tranquilli, il mondo non finira' il 10 settembre, data in cui gli scienziati pazzi accenderanno il piu' grande e potente acceleratore di particelle al mondo, LHC, installato a Ginevra.

Come faccio ad esserne cosi' sicuro? Ai miei occhi la risposta appare molto semplice e cerchero' di spiegarla anche a tutti voi. Cominciamo con un semplice esperimento. Aprite il palmo della vostra mano e tenetelo fermo immobile per un secondo. Pronti? Via... L'avete fatto? Avete sentito qualcosa? Immagino proprio di no, eppure in quel secondo almeno un raggio cosmico si e' preso la briga di attraversare la vostra mano senza chiedervi alcun permesso e senza che l'uomo (in particolare qualche scienziato) abbia fatto nulla per generarlo. Un raggio cosmico altro non e' che una particella, come quelle che vengono accelerate da LHC, che proviene dallo spazio. L'universo ne e' pieno e la terra, che ce ne accorgiamo o no, e' continuamente bombardata da queste particelle.

Se si fa il conto della superficie della terra e si considerano soltanto i raggi cosmici, ovvero particelle, con le stesse caratteristiche (massa, energia, carica) di quelle che verranno usate a LHC, allora si scopre che e' come se ci fossero 10 acceleratori LHC sempre in funzione, giorno e notte sin dall'alba dei tempi! Eppure, la terra e gli uomini sopra di essa continuano ad esistere.

La conclusione e' che se LHC fosse in grado di produrre micro-buchi neri o qualsiasi altra stranezza, allora anche l'interazione dei raggi cosmici con la nostra atmosfera dovrebbe esserlo, eppure non e' mai successo sino al giorno d'oggi. In definitiva, se avevate intenzione di fare qualche pazzia martedi' prossimo (9 settembre) convinti che tanto l'indomani il mondo sarebbe finito, mi dispiace deludervi, ma dovrete proprio cambiare idea!

unico-lab: Il mondo non finira' per colpa di LHC Modificato 29 Aprile 2013 da J-Gian

[ludico]

Esposto contro l’acceleratore di particelle di Ginevra. Deciderà un giudice delle Hawaii

Il Cern finisce in tribunale

«Può distruggere la Terra»

L’accusa: il buco nero creato dagli esperimenti inghiottirà l’intero pianeta. Gli esperti: ipotesi infondate

MILANO — Il più grande e più costoso acceleratore del mondo costruito al Cern di Ginevra per decifrare la natura dell’Universo potrebbe non entrare in funzione nei mesi prossimi come stabilito per uno strano caso giudiziario nato, addirittura, alle Hawaii. Qui, due signori, Walter L.Wagner e Luis Sancho, hanno presentato un ricorso contro la supermacchina europea sostenendo che gli esperimenti immaginati «potrebbero creare un buco nero capace di mangiarsi la Terra e forse l’intero Universo». L’accusa è pesante. La Federal District Court di Honolulu, che non poteva ignorare l’esposto, ha avviato il 21 marzo il procedimento fissando un primo incontro con le parti il 16 giugno prossimo.

Uno dei due protagonisti, Wagner, ha un passato da fisico all’Università di California, ma laureatosi poi in legge ha preferito la vita tra i codici. Il personaggio è già noto alle cronache fisico-giudiziarie avendo intentato la stessa causa nel 1999 ad una macchina americana dei Bookhaven National Laboratory impegnata in ricerche analoghe ma ad energia più bassa. Di Luis Sancho, invece, si sa quel poco riferito da Wagner e cioè che studia la teoria del tempo e che vive in Spagna, forse a Barcellona. L’accensione imminente del Large Hadron Collider (Lhc) ginevrino costato 5 miliardi di euro ha offerto dunque all’americano l’opportunità di estendere la sua azione contraria a questo genere di studi in base ad un principio di grave pericolosità. Egli sostiene che gli scienziati non hanno indagato a sufficienza le conseguenze del loro futuro lavoro.

Il portavoce del Cern precisa che il tribunale di Honolulu non ha alcun potere per interdire le attività in Europa e che comunque già due indagini hanno dimostrato la sicurezza delle ricerche. Inoltre, per togliere ogni possibile dubbio residuo, una terza è in corso e sta per essere completata e sarà discussa il prossimo 6 aprile. Ma Wagner non si preoccupa delle affermazioni provenienti dalla Svizzera e si dice sicuro questa volta di arrivare ad un risultato. «Perché — spiega—al progetto collaborano anche il Fermi National Accelerator Laboratory e l’Energy Department americani fornendo dei magneti superconduttori. Quindi su di loro il tribunale federale può far sentire la sua azione bloccando di conseguenza la grande macchina». Egli chiede che il giudice ordini l’interruzione delle operazioni di accensione fino a che gli scienziati non produrranno un rapporto definitivo e dettagliato sulla sicurezza che a suo avviso «ancora non esiste».

«Il Large Hadron Collider riproduce delle reazioni analoghe a quelle che accadono centomila volte al giorno in modo naturale quando i raggi cosmici piovono sull’atmosfera e mai nessun buco nero si è creato », ha dichiarato al New York Times Nima Arkani-Hamed dell’Institute for Advanced Study di Princeton. «È un’accusa infondata quella della possibile apocalisse scatenata dal nuovo acceleratore perché priva di dimostrazioni attendibili», nota Roberto Petronzio, direttore dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Seicento fisici italiani dell’Istituto hanno partecipato alla costruzione dell’Lhc e ora saranno impegnati nelle ricerche. Negli Stati Uniti la guerra alla scienza e la fede nell’irrazionale, come dimostrano anche i nemici di Darwin, spesso finiscono davanti al giudice.

Giovanni Caprara

30 marzo 2008

Il Cern finisce in tribunale «Può distruggere la Terra» Corriere della Sera

[luc@]

o.O

maledetto limite dei caratteri

[Quo.Lore]

Hanno anticipato il primo aprile ad oggi ?

[Guest EC2277]

21/12/2012. :twisted:

[MeneS]

Sporchi infedeli

[owluca]

I want to believe:roll:

[gamera one]

21/12/2012.

calendario inca?

be' secondo me nessuno sa esattamente che cosa succedera' quando schiacceranno il bottone rosso !!

[viva l'italia]

«Perché — spiega—al progetto collaborano anche il Fermi National Accelerator Laboratory e l’Energy Department americani fornendo dei magneti superconduttori. Quindi su di loro il tribunale federale può far sentire la sua azione bloccando di conseguenza la grande macchina».

Modificato 3 Giugno 2008 da viva l'italia

[Guest DESMO16]

Cern, si accende l'acceleratore

più grande del mondo

GINEVRA

Il più grande acceleratore di particelle del mondo, il Large Hadron Collider (LHC) costruito al CERN di Ginevra, entrerà in attività il 10 settembre: un primo fascio di protoni sarà lanciato attraverso l’anello sotterraneo di 27 chilometri, permettendo forse in questo modo agli specialisti del Centro europeo per la ricerca nucleare di scoprire gli ultimi segreti della materia.

L’avvenimento, annuncia oggi il CERN, potrà essere seguito in Eurovisione e sull’internet. Attualmente, gli specialisti del centro stanno procedendo al raffreddamento dell’impianto, condizione indispensabile agli esperimenti che vi saranno condotti. Occorrerà quindi testare i 1600 magneti supraconduttori e sottoporli individualmente alle loro massime capacità. Tutti i circuiti saranno quindi posti sotto tensione e gli otto settori che costituiscono l’acceleratore posti all’unisono, in modo da poter funzionare come una sola macchina.

La costruzione dell’LHC ha richiesto 14 anni e un investimento di otto miliardi di franchi. All’interno del gigantesco impianto i protoni verranno accelerati fino ad un’energia di cinquemila miliardi di elettronvolt e quindi fatti collidere, per cercare di osservare nuove particelle e nuove forze. L’entrata in servizio del nuovo acceleratore non suscita il solo entusiasmo dei fisici. Le giornate di porte aperte organizzate dal Centro lo scorso aprile avevano registrato decine di migliaia di visitatori.

Cern, si accende l'acceleratore *più grande del mondo - LASTAMPA.it