di  -  lunedì 23 novembre 2009

Perdonate l’immagine a tutta pagina, ma devo condividere con tutti la gioia della comunità dei fisici di tutto il mondo!

Quest’immagine è tratta direttamente dal webtool della sala di controllo del CERN, e si può vedere come venerdì 20, alle 20:38 di sera, dopo una lunga giornata di lavoro, finalmente il beam, ovvero il fascio di protoni, abbia completato il suo primo giro del grande anello dell’LHC e si appresti a cominciare il secondo!

Adesso che avete visto quest’immagine, forse vorrete fare una pausa dalla lettura di questo post, e tornare qui dopo aver ascoltato, live, la press release del CERN, in diretta alle 13:00 di oggi, lunedì 23 Novembre, a questo indirizzo .

Mercoledì scorso sono cominciati i lavori di accensione e finalmente, dopo controlli e prove, venerdì sera il primo giro, in senso orario, è stato completato. I protoni hanno viaggiato lungo i 27 km di circonferenza dell’anello e sono quindi passati attraverso i rivelatori di tutti e quattro gli esperimenti dell’LHC (Atlas , CMS , LHC-b , Alice).

Sebbene non sia che un primo passo verso la messa in funzione dell’acceleratore è senz’altro una pietra miliare verso i risultati di fisica vera propria che tutti si aspettano a partire dal 2010. Questo primo passo era stato raggiunto anche l’anno scorso, il 10 Settembre 2008, ma appena nove giorni dopo ci l’incidente di cui tutti abbiamo sentito parlare e che ha bloccato l’LHC per un anno. Ma dopo una lunga riparazione, di cui parlai a Maggio in questo post, spiegando anche la natura dell’incidente, ecco che il team del CERN è di nuovo pronto alla partenza, con una più profonda conoscenza dello strumento e maggiori sistemi di sicurezza per evitare un incidente simile a quello avvenuto.

Dopo Maggio, quando l’ultimo magnete venne reinserito al suo posto, LHC ha seguito una roadmap che lo ha portato alla partenza qualche giorno fa. L’8 Ottobre raggiunse la temperatura operativa di 1,9 Kelvin, che corrispondono a -271 gradi Celsius. Conseguentemente, il 23 Ottobre i primi protoni vennero immessi nel tunnel, ma senza venir fatti circolare. Il primo beam (o fascio) in movimento è stato immesso il 7 Novembre, e ha circolato lungo 3 ottavi della macchina.

Il prossimo passo sarà quello di effettuare le prime collisioni. Tra circa una settimana verranno immessi entrambi i fasci con un’energia di 450 GeV ciascuno (cioè un’energia totale al centro di massa, ovvero nel punto della collisione, di 900 GeV) e fatti finalmente scontrare. L’energia in questione è sicuramente molto bassa, e non regge il confronto con la macchina acceleratrice più grande in funzione finora, il Tevatron del Fermilab di Chicago. Sarà in ogni caso un’importante passo, che fornirà dati di grandissima utilità per la calibrazione dei rivelatori, che finora hanno potuto utilizzare a questo scopo solo i raggi cosmici. Seppur di grande importanza scientifica, tali particelle non rappresentano un segnale fisicamente interessante per i fisici dell’LHC, che saranno quindi estremamente contenti di poter utilizzare i loro strumenti per vedere una vera collisione. Non è escluso, inoltre, che già a quelle energia ci siano alcuni eventi di tipo “Dijet”, ovvero dei jet di adroni prodotti da quarks o gluoni all’interno del protone che fanno uno scontro frontale, rimbalzando all’indietro nel rivelatore e dando origine a un getto di particelle detto “back-to-back”.

Pian piano l’energia del fascio verrà innalzata, fino a raggiungere il prossimo anno collisioni a 7 TeV, ovvero 3.5 TeV per fascio. E poi…. e poi finalmente si comincerà a parlare di fisica!

Come accennai in uno dei miei primi post, la ricerca dell’Higgs, la famosa particella di Dio, non è che uno dei tanti e ben più interessanti risultati che l’LHC ci può fornire.

Il meccanismo di Higgs , teorizzato al fine di spiegare l’interazione forte e di unificare l’interazione elettromagnetica con l’interazione debole (oggi infatti chiamata interazione elettrodebole), prevede l’assegnazione di una massa ad un bosone vettore , tramite l’interazione con un campo scalare. In pratica i bosoni, che sono le particelle che “trasportano” la forza di interazione, assumono in certe situazioni una massa, in modo tale da rompere la simmetria della forza. Per questa ragione, per esempio, il bosone W, responsabile della forza debole, si differenzia dal fotone, responsabile della forza elettromagnetica, a causa della propria massa, non presente nel fotone. Questo meccanismo è la base del Modello Standard , e come tale è un fondamento della nostra conoscenza dell’Universo che ci circonda. Per questa ragione la prova sperimentale dell’esistenza del bosone di Higgs frutterà con tutta probabilità il premio Nobel al gruppo scopritore.

Resta il fatto che è ormai cosa nota che il Modello Standard dà una descrizione molto limitata della fisica della natura, ed è ormai sorta da parecchi anni la necessità di una Nuova Fisica, che vada aldilà del Modello Standard. Vi sono molte situazioni in cui il Modello Standard fallisce nel tentativo di spiegare ciò che avviene, e vi è quindi la necessità di una Teoria del Tutto , che sostituisca il Modello Standard.

La necessità di trovare degli elementi per spiegare la Materia Oscura per esempio, rende obbligatorio aspettarsi che esistano delle particelle diverse da quelle che conosciamo finora, mai viste prima.  La teoria che meglio si inserisce a questo punto è la teoria della Supersimmetria (SUSY per gli amici….). Questa teoria ipotizza che ogni particella abbia un partner supersimmetrico con spin (grandezza che indica il numero di giri su se stessa che una particella deve fare per ritornare nello stato di partenza)  diverso di un mezzo. In pratica vuol dire che per ogni bosone (particelle a spin intero) corrisponde un fermione (particelle a spin multiplo di 1/2). La supersimmetria è una teoria di per se incompleta, nel senso che ad essa seguono diverse teorie del tutto, che hanno bisogno di lei per poter esistere. Un esempio è la Teoria delle Stringhe.

Potete quindi facilmente capire che se l’LHC dimostrasse l’esistenza di particelle supersimmetriche si aprirebbe un nuovo mondo di scoperte per i fisici, che vanno dalla fisica teorica all’astrofisica alla cosmologia. Sarà quindi questa la vera sfida dell’LHC, che porterà la gioia di molti scienziati che avranno così ancora qualcosa su cui lavorare!

9 Commenti »

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  • # 1
    goldorak
     scrive: 

    Io spero che lo Higgs non venga trovato.
    Il meccanismo con cui e’ introdotto nel modello standard e’ cosi ad-hoc da far pena e non e’ per niente “naturale”. Forse l’assenza dello Higgs spingera’ i fisici verso una formulazione teorica che non si appoggia sulle teorie di gauge. Chissa’. ^_^
    E la teoria delle stringhe sarebbe meglio lasciarla nel cestino della spazzatura, la sua naturale collocazione.
    Una “teoria” che non e’ falsificabile non potendo fare alcuna predizione non merita il nome di teoria. Almeno nel senso scientifico.

  • # 2
    gnubbo
     scrive: 

    sei laureato in fisica ?

  • # 3
    nemo
     scrive: 

    Concordo con goldorak.
    Il modello standard è infarcito di parametri che hanno un valore molto particolare (se cambia qualche cifra decimale il modello salta) e non credo che l’univeso possa essere spiegato con una teoria piena di coefficenti empirici.
    Galilei diceva “simplex sigillum veri” ed il modello standard è tutto fuorchè semplice ed intellegibile.
    Penso che sia solo momentaneo, utile per fare calcoli ma non per “spiegare”.
    Servono delle nuove teorie ovvimente sempre da validare sperimentalmente.
    In tal senso il lavoro sperimentale in corso potrebbe rivelarsi prodigo di nuove inattese scoperte, a patto che non ci si limiti a voler trovare solo ciò che ci fa comodo.

  • # 4
    n0v0
     scrive: 

    x nemo

    aspettate un po’ gente…

    “semplice” non vuol dire 2+2=4. Il Modello Standard va esteso, non cambiato.

    Sarà complesso e arzigogolato, ma funziona dannatamente bene nel suo territorio. I parametri fondamentali devono essere inseriti empiricamente, ma una volta fatto il sistema viaggia.

    Che vorresti dire “utile per fare calcoli ma non per spiegare”? Una teoria scientifica spiega la realtà in modo matematico. I calcoli e le formule traducono in modelli il mondo esterno e dalla risoluzione di questi si ottengono spiegazioni su ciò che si esamina.

    È proprio questo l’ ambito della scienza: comprendere COME funzionano le cose, non PERCHÉ.

    Questo è un terreno minato, si rischia di deragliare nella META-fisica, ma – in effetti – la questione è semplicissima: la scienza accumula dati dal mondo esterno, li converte in modelli matematici, crea teorie che siano in grado di spiegarli e soprattutto di FARE PREVISIONI, e infine grazie a quest’ ultima caratteristica, le verifica sperimentalmente.

    Ovviamente non è lineare. Accade (soprattutto ora) che le teorie propongano immagini della realtà non osservate. Ma è anche vero che ci sono innumerevoli osservazioni non spiegate che aspettano teorie adeguate.

    Però il gioco finisce qui (si fa per dire). Chi non si accontenta (e ce ne vuole) è bene che si rivolga a qualcosa di più “spirituale”…

    ovviamente IMHO ;-)

  • # 5
    goldorak
     scrive: 

    n0v0 : e’ vero che il modello standard e’ preciso.
    Io non critico questo.
    Critico il fatto non trascurabile che senza il meccanismo ad-hoc della rottura spontanea di simmetria, le teoria elettrodebole e della cromodinamica quantistica descriverebbero soltanto interazioni tra particelle a massa nulla. E questo e’ indice che ce’ qualcosa di profondamente errato nelle teorie di gauge usate per descrivere le interazioni fondamentali.
    Forse non ce ne rendiamo conto perche’ gli effetti non sono stati ancora misurati, ma non si puo’ credere che un meccanismo goffo come quello che e’ necessario introdurre per avere il bosone di Higgs sia “normale”. A me ricorda per certi versi la teoria degli epicicli. Teoria che secolo dopo secolo veniva “aggiornata” con meccanismo sempre piu’ elaborati per spiegare il moto dei pianeti.
    Alla fine cosa e’ successo ? Il castello di carta e’ crollato perche’ l’edificio era diventato talmente complesso che una teoria alternativa spiegava meglio i dati astronommici.
    Se al LHC non trovano il bosone di Higgs che si fa ? E una alternativa che occorre contemplare. Si dovra’ rimettere mano alle teoria di gauge perche’ di li’ non si scappa. ^_^

  • # 6
    n0v0
     scrive: 

    diciamo che sono d’ accordo..

    Ma è bene non essere troppo attartti dalla bellezza/eleganza/semplicità di una teoria.

    Se da un lato c’ è l’ esempio eclatante della relatività generale (con Einstein che diceva ai giornalisti: […] se le osservazioni fossero contrarie, mi spiacerebbe per il Signore, perché la mia teoria è giusta […]).

    Dall’ altro ci sono contro esempi notevolissimi. Due in particolare: la teoria delle stringhe, così “soave” e così surreale; e poi un modello di GUT, di cui non ricordo il nome, che spiegava tutto molto bene e felicemente ma prevedeva il decadimento del protone. Che poi non si è osservato. –> cestino

    mi spiegai?

    Cmq non resta che attendere trepidanti le prodezze di LHC

  • # 7
    rp
     scrive: 

    “Non ho ancora trovato un problema ce, per quanto fosse complicato, a considerarlo nel modo giusto non diventasse ancora più complicato”
    Poul Anderson

  • # 8
    n0v0
     scrive: 

    ah, (poi mi cheto) a riprova del fatto che la fisica deve far tornare i conti, a prescindere – a volte – anche dal senso comune, mi viene in mente una frase di Richard Feynman:

    “La meccanica quantistica descrive un comportamento della natura completamente senza senso. Ed è in perfetto accordo con i dati sperimentali. Quindi spero che accetterete la Natura per quello che è: assurda.”

    non male, no? ;-)

  • # 9
    Anche il Giappone ha il suo acceleratore - Appunti Digitali
     scrive: 

    […] il post della settimana scorsa sul primo evento dell’LHC mi sembra giusto ricordare che ci sono altri esperimenti di fisica in giro per il mondo e, in […]

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