Il cuore pulsante del Large Hadron Collider: un drago di acciaio nel sottosuolo

Il grande drago di acciaio

Nei pressi delle montagne del Giura, la catena montuosa fra la Svizzera e la Francia che ha dato il nome al secondo periodo dell'era mesozoica, il giurassico, epoca d'oro dei dinosauri è stato ultimato a 100 metri di profondità nel sottosuolo e azionato azionato per la prima volta nel 2008 dai tecnici del CERN (Centro Europeo per la Ricerca Nucleare), il Large Hadron Collider (LHC). In questo nascosto ambiente i fisici hanno costruito un enorme strumento scientifico, la macchina più colossale e tecnologicamente più complessa oggi esistente nel mondo. Seppellito sotto un suolo roccioso, estremamente solido e pertanto adatto a garantire le condizioni di stabilità indispensabili per la precisione delle misure, si trova il più potente acceleratore di particelle mai realizzato, una specie di dinosauro, un drago di acciaio lungo 27 chilometri, che si estende lungo un tunnel perfettamente circolare.

Qual è la complessità del LHC?

LHC è una gigantesca struttura, comprendente 1232 elettromagneti super-conduttori che servono a mantenere i fasci di particelle sul loro cammino circolare e altri 392 che hanno la funzione di mantenere i fasci focalizzati.

I magneti sono raffreddati alla temperatura di 1,9 K (-271,25 0C): una temperatura addirittura inferiore a quella dello spazio interstellare, cioè inferiore alla temperatura della cosiddetta radiazione cosmica di fondo pari a 3K.

Per conservare questa temperatura è necessario far circolare ogni ora 32 000 litri di elio superfluido (la superfluidità è uno stato della materia in cui l'attrito viscoso è assente e la conducibilità termica è estremamente elevata; un superfluido, se messo in un percorso chiuso, può scorrere infinitamente senza attrito). L'insieme di tutti gli elementi principali della macchina rappresenta un gigantesco frigorifero alimentato da circa 120 tonnellate di elio.

Il raffreddamento degli elettromagneti consente di produrre un'intensità di corrente che genera un campo magnetico circa 200 000 volte maggiore a pieno regime. LHC è in grado di far circolare, lungo il tubo a vuoto inserito nel tunnel, due fasci di protoni in versi opposti a una velocità pari al 99,999 999 1% di quella della luce. I due fasci, incontrandosi, possono produrre fino a 600 milioni di collisioni ogni secondo.

Il cuore pulsante del LHC

Da qualche tempo il drago si è svegliato e il cuore di LHC ha cominciato a pulsare. Due fasci di particelle, ognuno formato da un numero di protoni che nominalmente può arrivare fino a 300 mila miliardi, suddivisi in pacchetti distanziati l'uno dall'altro, vengono prelevati da un anello di pre-accelerazione e portati nell'anello principale dove raggiungono la velocità massima. A questo punto, i fasci vengono fatti incontrare in quattro zone dell'immenso tunnel, dove sono stati disposti i rivelatori, mastodontici capolavori di ingegneria.

Energia delle collisioni

Poiché, funzionando alla massima potenza, LHC può accelerare ognuno dei due fasci a un'energia di 7 Tev per protone, ogni singola collisione avverrà con un'energia di 14 TeV, ossia di quattordicimila miliardi di elettronvolt.

Questo valore è paragonabile a quello dell'energia cinetica di una zanzara in volo. A prima vista una bazzecola, in assoluto. Considerando, però, che ogni protone è un millesimo di miliardesimo più piccolo di una zanzara, l'energia che si origina in ogni punto di collisione rappresenta una quantità enormemente grande. Basta d'altra parte pensare che i due fasci di protoni utilizzati, pur avendo rispetto al mondo macroscopico una massa totale assolutamente trascurabile (3 • 1014 particelle, ciascuna con una massa a riposo di 1,67 • 10-27 kg, hanno una massa totale dell'ordine di 10-12 kg), per effetto della loro altissima velocità trasportano un'energia che si può far corrispondere a quella di un treno lanciato a oltre 200 km/h, ma concentrata in un volume di spazio incomparabilmente più piccolo.