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Uno dei più grandiosi strumenti scientifici mai costruiti dall'umanità
si chiama acceleratore di particelle.
Intendo grandioso in senso letterale.
Il più grande mai costruito,
il Large Hadron Collider, o LHC,
è un anello con una circonferenza di circa 30 km.
Che è molto di più della lunghezza completa di Manhattan
Cos'è un acceleratore di particelle?
È un dispositivo che fa entrare in collisione i nuclei atomici
a energie estremamente alte.
Il più potente che gli scienziati abbiano mai costruito
può riscaldare la materia fino a temperature mai raggiunte,
temperature presenti un trilionesimo di secondo
dopo l’inizio dell’Universo.
I nostri acceleratori sono pieni di meraviglie ingegneristiche.
Nella regione che contiene il fascio del LHC c'è il vuoto,
con pressioni più basse di quelle che si trovano attorno
alla stazione spaziale internazionale,
e ci sono 235 gradi sotto zero,
più freddo dello spazio più profondo.
Un precedente acceleratore posto nel tunnel del LCH
detiene il record mondiale di velocità,
accelerando un elettrone a velocità così elevata
che se dovesse gareggiare contro un fotone,
ci vorrebbero 14 minuti al fotone
per superarlo di circa tre metri.
Se questo non vi impressiona
ricordate che un fotone è la cosa più veloce dell’universo,
viaggia a circa 300 000 km al secondo.
Come lavorano gli acceleratori delle particelle subatomiche?
Usano i campi elettrici.
I campi elettrici fanno muovere le particelle cariche
come la gravità attira una palla da baseball in caduta libera.
La forza di un campo elettrico
colpirà una particella e la farà muovere.
La velocità continuerà ad aumentare
finché la particella carica si muove con incredibile velocità.
Un piccolo acceleratore può essere fatto
con due piastre metalliche parallele collegate a una batteria.
La carica si muove dalla batteria
sulle due piastre
e genera un campo elettrico che spinge le particelle lungo le piastre.
E eccolo,
avete una acceleratore di particelle.
Il problema è che un acceleratore costruito in questo modo è poco potente.
Per costruire in questo modo un moderno acceleratore come il LHC
ci vorrebbero più di 5 trilioni di batterie per torce.
Per cui gli scienziati usano batterie molto più forti
e le mettono una dietro l'altra.
Un precedente acceleratore usava questo metodo,
era lungo un chilometro e mezzo
ed era equivalente a 30 miliardi di batterie.
Comunque, per fare un acceleratore
che sia equivalente a 5 trilioni di batterie
ci vorrebbe un acceleratore lungo circa 240 km.
Gli scienziati dovevano trovare un altro modo.
Mentre un campo elettrico fa andare una particella più veloce,
i campi magnetici le fanno muovere lungo un percorso circolare.
Se si mette un campo elettrico lungo un cerchio,
non è necessario usare miglia di campi elettrici
Si può usare un singolo campo molte volte.
I fasci percorrono il cerchio
e ogni volta acquisiscono maggiore energia.
Quindi gli acceleratori ad alta energia sono costituiti da
una piccola regione con i campi elettrici acceleranti,
combinati con una lunga serie di magneti
che guidano le particelle nel percorso circolare.
La forza dei magneti
e il raggio del percorso circolare
determinano la massima energia del fascio.
Una volta che il fascio è lanciato
allora comincia la parte divertente,
lo scontro.
Il motivo per cui i fisici vogliono che
queste particelle si muovano così velocemente
è che possano collidere violentemente una contro l’altra.
Queste collisioni possono insegnare
qualcosa sulle regole fondamentali che governano la materia
ma sarebbero impossibili senza l’apporto dell’ingegneria
che è l’acceleratore di particelle.