Concetti Chiave
- Il Large Hadron Collider (LHC) è un enorme acceleratore di particelle, situato 100 metri sotto le montagne del Giura, tra Svizzera e Francia.
- Composto da 1232 elettromagneti super-conduttori, LHC mantiene i fasci di particelle sul loro cammino circolare a temperature inferiori allo spazio interstellare.
- Utilizza 32.000 litri di elio superfluido all'ora per raffreddare i magneti, permettendo di generare un campo magnetico 200.000 volte maggiore a pieno regime.
- LHC fa circolare due fasci di protoni a una velocità pari al 99,9999991% della luce, producendo fino a 600 milioni di collisioni al secondo.
- Le collisioni raggiungono un'energia di 14 TeV, paragonabile all'energia cinetica di una zanzara, ma concentrata in uno spazio incredibilmente piccolo.
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.
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.
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.
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.
Domande da interrogazione
- Qual è la funzione principale del Large Hadron Collider (LHC)?
- Come viene mantenuta la temperatura dei magneti super-conduttori nel LHC?
- Qual è l'energia massima che può essere raggiunta durante le collisioni nel LHC?
- Qual è la lunghezza totale del tunnel del LHC e dove si trova?
- Qual è il ruolo dei rivelatori nel LHC?
Il LHC è progettato per far circolare due fasci di protoni a velocità estremamente elevate, permettendo loro di collidere per studiare le particelle subatomiche e le forze fondamentali della natura.
I magneti super-conduttori sono raffreddati a 1,9 K utilizzando 32.000 litri di elio superfluido ogni ora, creando un ambiente più freddo dello spazio interstellare.
Ogni collisione nel LHC può raggiungere un'energia di 14 TeV, equivalente all'energia cinetica di una zanzara in volo, ma concentrata in uno spazio molto più piccolo.
Il tunnel del LHC è lungo 27 chilometri e si trova a 100 metri di profondità nel sottosuolo, nei pressi delle montagne del Giura, tra la Svizzera e la Francia.
I rivelatori, posizionati in quattro zone del tunnel, sono utilizzati per osservare e analizzare le collisioni tra i fasci di protoni, permettendo ai fisici di studiare le particelle risultanti.