Cern di Ginevra.

Oggigiorno sono in molti a vedere il nucleare come esclusiva fonte di energia, con i suoi pericoli e vantaggi, ma in pochi riescono a intravedere il suo potenziale a livello scientifico. Tra quei pochi spicca il CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare), un organo provvisorio istituito nel 1952 con lo scopo di creare in Europa un’organizzazione a livello mondiale per la ricerca nel campo della fisica fondamentale.

La storia
Alla fine della Seconda Guerra Mondiale, le conoscenze europee sulle particelle erano già state ampiamente superate dagli studi degli scienziati americani. Un gruppo di studiosi e politici concepirono allora un laboratorio europeo di fisica atomica. Tra questi pionieri vi erano: Raoul Dautry, Pierre Auger, Lew Kowarsk (dalla Francia), Edoardo Amaldi (dall’Italia) e Niels Bohr (dalla Danimarca). Un laboratorio del genere avrebbe unito gli scienziati europei e avrebbe fatto fronte ai crescenti costi degli impianti di fisica nucleare. La prima proposta formale per la creazione di un laboratorio europeo fu pronunciata dal Premio Nobel per la fisica Louis de Broglie nel 1949, durante la Conferenza europea della Cultura di Losanna, ma passarono due anni (Dicembre 1951) prima che si decidesse di istituire un consiglio europeo per la ricerca. Undici Paesi firmarono un accordo che dava vita al Consiglio Provvisorio e con esso nasceva il CERN (la scelta di installare a Ginevra il laboratorio venne presa successivamente a seguito di un referendum tenutosi nel cantone di Ginevra nel Giugno del 1953). Il 29 settembre del ’54, dopo la rettifica di Francia e Germania, viene ufficialmente istituita l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (sebbene venga conservato l’acronimo CERN). Con la Convenzione istitutiva del 1954 vennero fissati gli obiettivi principali dell’Organizzazione: gli Stati europei aderenti si impegnavano a collaborare tra di loro nella ricerca nucleare, stabilendo espressamente che i frutti del loro lavoro fossero interamente accessibili a tutti e senza scopi militari (“The Organization shall provide for collaboration among European States in nuclear research of a pure scientific and fundamental character (…). The Organization shall have no concern with work for military requirements and the results of its experimental and theoretical work shall be published or otherwise made generally available”). Il documento, inoltre, promuoveva programmi di formazione avanzata, scambi di informazioni e di ricercatori tra i laboratori, nonché una cooperazione nella ricerca tecnologica”).

Gli Stati membri
I Paesi membri, nonché fondatori del CERN, sono: Belgio, Danimarca, Francia, Germania, Grecia, Italia, Norvegia, Paesi Bassi, Regno Unito, Svezia e Svizzera. Ai quali si sono aggiunti: Austria, Spagna, Portogallo, Finlandia, Polonia, Ungheria, Repubblica Ceca, Slovacchia, Bulgaria e Romania.

Cosa fa il CERN?
I fisici del Cern studiano la materia utilizzando degli acceleratori di particelle, ossia macchine che accelerano i fasci di particelle fino a farli collidere l’uno contro l’altro. L’energia che scaturisce da questa collisione è molto grande e vuole cercare di riprodurre le condizioni esistenti pochi istanti dopo il Big Bang.
Gli acceleratori furono inventati per studiare la struttura del nucleo dell’atomo. Possono essere di due tipi: circolari, a forma di anello, all’interno dei quali le particelle sono guidate da campi magnetici e incrementano la loro energia ad ogni giro (sono anche gli acceleratori più grandi!); lineari, dove le particelle viaggiano da un capo all’altro.

Cos’è l’LHC?
Per raggiungere velocità sempre più elevate, il CERN ha creato un complesso di acceleratori. Tra questi, il Grande Collisore di Adroni, o LHC (Large Hadron Collider), è la macchina più potente mai realizzata finora e tuttora in fase di messa a punto, installata in un tunnel di 27 km di circonferenza, scavato tra 50 e 150m sotto terra tra le montagne del Giura francese e il lago di Ginevra, e progettata per sostituirsi al LEP (Large Electron Positron Collider).

Il LEP, nonché “antenato” dell’LHC era un acceleratore in grado di accelerare gli elettroni e i positroni fino a 100 GeV, velocità prossima a quella della luce, il cui scopo era verificare l’esistenza del bosone Higgs (possibile causa dell’esistenza stessa della materia, vedi http://www.massacritica.eu/studiare-linvisibile-il-bosone/1927/ ).

Il funzionamento dell’LHC? Questo acceleratore produrrà collisioni frontali tra due particelle dello stesso tipo, protoni o ioni di piombo. In un primo momento, la catena di acceleratori del CERN creerà i fasci di particelle, che verranno successivamente iniettati nell’LHC, quindi guidati nel circuito da magneti superconduttori (1800 in tutto!) a temperature estremamente basse, in modo da ricreare le condizioni dello spazio intergalattico. Lo scopo degli esperimenti è quello di studiare i milioni di particelle liberate durante la collisione. Tutto il processo di collisione verrà rilevato attraverso quattro enormi rilevatori di particelle distribuiti lungo l’LHC: ALICE, ATLAS, CMS e LHCb.

Cos’è l’ATLAS?
Reso operativo tra il 2009 e il 2010, l’ATLAS è il rilevatore più grande e complesso mai realizzato prima.  Un rilevatore di particelle è un dispositivo usato per rilevare il passaggio di una particella e consente agli scienziati di ricostruire un evento. I vari strati del rilevatore tracciano le traiettorie delle particelle cariche, misurando l’energia di quelle più cariche e di quelle neutrali. La curvatura delle tracce delle particelle nel campo magnetico permette di determinarne il moto e le cariche elettriche. Di tutte le milioni di collisioni al secondo, solo alcune sono utili ai fini di nuove scoperte ed è proprio il sistema di rilevamento, detto Sistema Trigger, a fare una scrematura delle informazioni superflue. Per questo, l’ATLAS registra solo l’equivalente di 27 CD di dati al minuto, invece dei reali 100000 CD al secondo! I backup di tutti i dati rilevati vengono fatti da 12 centri di raccolta dati, distribuiti nelle varie università e istituti di ricerca, collegati tra loro attraverso un sistema di fibre ottiche, mentre per tutti gli altri computer è possibile richiedere questi dati via Internet. I centri di raccolta si trovano: presso la sede del CERN, due negli Stati Uniti, Taiwan, Vancouver, Bologna, Barcellona, Lione, Amsterdam, Copenaghen, Oxford e Karlsruhe. Questa grandissima quantità di informazioni viene inviata da un centro di analisi all’altro attraverso un sistema chiamato Data Grid.

Sistema di magneti.

Spettrometri muonici.

Calorimetri.

Rilevatore interno.

Come è fatto l’ATLAS?
Il rilevatore ATLAS è costituito da una serie di cilindri concentrici attorno al punto di interazione, ossia il punto dove avviene la collisione tra i fasci di protoni dell’LHC.
I quattro componenti principali dell’ATLAS sono:
– rilevatore interno: misura il moto di ogni particella carica;
– calorimetri: misurano l’energia accumulata dalle particelle;
– spettrometri muonici: identificano e misurano il moto dei muoni, particelle fondamentali con carica elettrica negativa;
– sistema di magneti: deflette le particelle cariche nel rilevatore interno e nello spettrometro muonico, per misurarne il moto.
L’LHC e l’ATLAS sono fondamentali nella ricerca dell’antimateria, poiché permettono di ricreare le condizioni dell’universo pochi istanti dopo il Big Bang, quando la quantità di materia era pari a quella di antimateria.
L’obiettivo è quello di capire perchè nella creazione del sistema solare, del nostro pianeta e delle galassie sia stata utilizzata soltanto una parte della materia. La soluzione di questo mistero consentirebbe anche di scoprire come le particelle acquistano massa e qual è il rapporto tra massa ed energia.
Ai posteri, vedere se l’LHC riuscirà a colmare questo vero e proprio buco nero!

di Sara Pavesi

Fonti:
http://www.atlas.ch/
http://home.web.cern.ch/
http://public.web.cern.ch/public/