Il 30 Settembre 2011 l’acceleratore Tevatron, al Fermi National Laboratory di Chicago è stato spento. Il più grande acceleratore adronico esistente prima dell’avvento dell’LHC ha fatto scontrare gli ultimi protoni qualche giorno fa.
La sua storia è stata lunga e piena di successi (speriamo che tra trent’anni si potrà dire lo stesso dell’LHC al CERN): inaugurato nel 1983 è stato il primo acceleratore di protoni (protoni e antiprotoni, contrariamente all’LHC che ha solo protoni) a raggiungere l’energia di 1 TeV (512 GeV per protone), da cui il nome.
L’energia con il tempo è aumentata, e così hanno cominciato ad arrivare le scoperte. Come stiamo assistendo in questi anni con l’LHC, ci vogliono diversi anni per raccogliere dati a sufficienza per poter fare scoperte, ma con la pazienza si raggiungono i risultati. Vi farò una breve carrellata di risultati molto importanti, soprattutto se visti nel loro insieme, perché le scoperte che sono state fatte al Tevatron hanno sostanzialmente disegnato l’intera cornice del Modello Standard della fisica moderna. Quello che al Fermilab non si è riuscito a fare, è stato piantare il chiodo al muro per appendere questo quadro così bello, il Modello Standard. Speriamo che all’LHC riescano a concludere l’opera.
Nel 1995 gli esperimenti del Tevatron, CDF e DZero, hanno annunciato la scoperta del quark “top”, il più massivo di tutti i quark e di tutte le particelle elementari note finora, e la cui previsione ha assicurato il premio Nobel per la fisica ai fisici teorici Makoto Kobayashi and Toshihide Maskawa. Solo un anno dopo, nel 1996, sotto la guida di fisici italiani, sono stati osservati la bellezza di 9 atomi di anti-idrogeno (e qui il CERN è riuscito a doppiare il risultato). Solo qualche anno dopo hanno misurato l’ultimo esemplare di un altro tipo di particelle, i mesoni, particelle composte solo da due quark (invece di tre, come i barioni, per esempio i protoni o i neutroni). Il Bc, mesone B charmato, ha la particolarità di avere un quark charm, tra i due che lo compongono. Nel 1999 i passi avanti continuano, con la misura della violazione CP (di cui abbiamo parlato qui), Carica-Parità.
Quest’ultima scoperta ha rappresentato la porta verso il ventunesimo secolo, l’era della comprensione dell’interazione debole e delle particelle ad essa collegate. Nel 2000 infatti l’esperimento DONUT un esperimento che sfruttava il fascio del tevatron allo stesso modo di come opera sfrutta quello del cern, ha osservato per la prima volta il neutrino Tau, completando così anche questa famiglia. Come sappiamo dalle recenti discussioni, i neutrini sono particelle piene di sorprese. Sono la chiave per comprendere l’interazione debole e, si spera, per definire una fisica oltre al Modello Standard. È per questo che uno dei grandi risultati del Fermilab è stata la misura dei parametri di interazione dei neutrini.
Nel 2006, sempre sulla stessa linea, si è osservato per la prima volta lo stranissimo comportamento del mesone Bs, B strange, che oscilla tra materia e antimateria alla velocità di 3 trilioni di volte al secondo! Le scoperte riguardanti la “materia strana”, ovvero composta dal quark strange, continuano fino agli ultimi anni di vita (con la scoperta di una nuova particella quest’anno), ma l’ultimo periodo è stato dedicato alla ricerca affannata del famigerato Bosone di Higgs, e i limiti posti dal Tevatron riducono la fascia di massa possibile per questo bosone a una manciata di GeV (tra i 115 e i 157 GeV).
In molti articoli (come per esempio questo di Wired Science) si lascia intendere che la chiusura del Tevatron rappresenta la fine della dominazione americana nella fisica delle particelle. Secondo me questo non è affatto vero, per due ragioni. In primo luogo perché è difficile parlare di dominazione in un campo come questo. Gli esperimenti e i macchinari in gioco sono enrmi, e difficilmente un unico paese può rendersi indipendente.
Al Tevatron hanno lavorato tantissimi ricercatori di ogni nazionalità e origine, Europei, Asiatici, Africani e chi più ne ha più ne metta. Esattamente come, d’altro canto, il CERN non rappresenta la dominazione europea. Università americane, cinesi e sudamericane sono fortemente presenti all’LHC, sia in termini economici che di manpower. In secondo luogo, ancora oggi, nonostante i pesanti tagli economici a cui abbiamo assistito, le università americane sono ancora un punto di riferimento per la ricerca di base, e anche le se le ricerche non vengono più effettuate sul suolo americano, non vuol dire che il mondo accademico degli Stati Uniti non sia più coinvolto nelle scoperte.
Inoltre, una delle cose più positive nell’avere macchinari così grossi e costosi è che si viene a formare un’immensa comunità scientifica attorno ad essi. Pensiamo all’acceleratore tedesco, DESY. Ormai non è più in funzione da anni, ma il centro di ricerca di Zeuthen è ancora uno dei più attivi e all’avanguardia d’Europa. Analogamente, i ricercatori del Fermilab non hanno intenzione di stare con le mani in mano. Ricordiamo che il Fermilab non è solo il Tevatron. Il complesso infatti ospita da decenni molti esperimenti a bersaglio fisso o per lo studio dei neutrini.
Questi sfruttano i pre-acceleratori usati in ultima istanza dal Tevatron come sorgente di protoni e neutrini con cui fare le misure. Con l’esperienza acquisita da esperimenti sui neutrini come MINOS e il sistema di produzione di neutrini NuMI, il Fermilab è in una posizione chiave per diventare il punto di riferimento nella ricerca sui neutrini. Nuovi esperimenti, come NOvA o LBNE (Long Baseline Neutrino Experiment) investigheranno la più interessante particella che abbiamo tra le mani negli ultimi vent’anni, il neutrino.
Accanto alle aspettative che noi tutti abbiamo nel confronti degli esperimenti dell’LHC, secondo me stiamo assistendo ad un momento molto speciale nella fisica delle particelle. La dominazione dei grandi acceleratori ha forse raggiunto il suo apice, e lascerà presto il posto ad un nuovo tipo di esperimenti, come quelli sui neutrini, o sulla rivelazione diretta di particelle di materia oscura, che forse ci aiuteranno a raccapezzarci su cosa manca al Modello Standard per spiegare tutto quello che osserviamo nell’Universo.
Posso chiederti come mai un acceleratore di particelle viene chiuso completamente?
Inanzitutto perché lo si chiude, finiti i fondi, finita la vita operativa, e in quest’ultimo caso non può essere “aggiornato”?
Costerebbe troppo, non renderebbe abbastanza o fa più figo costruirne uno nuovo ;-P
“Solo qualche hanno dopo”
ahi, ahi, ahi, come mi scadi in basso Eleonora =P
da una brava come te è inconcepibile questo strafalcione =P
Occhio ad “hanno”, 4° paragrafo. :)
(Cancellate pure questo commento, dopo ;)
Bell’ articolo. Amarcord.
comunque su:
“cosa manca al Modello Standard per spiegare tutto quello che osserviamo nell’Universo.”
dico che il modello standard fa acqua da tutte le parti ormai.
“con la misura della violazione CP (di cui abbiamo parlato qui)”:
su “qui” non è impostato il link all’articolo…
Per il resto: sempre tutto molto interessante!
avete ragione, corretto tutto, anche il link mancante.
@Eddie
gli acceleratori di particelle vengono aggiornati, lo stesso Tevatron è stato aggiornato più volte, ma ad un certo punto ci si trova ad un limite tecnologico per cui se ne deve semplicemente costruire un altro, con una tecnologia e dimensioni diverse, per poter fare meglio. I tunnel in cui c’è l’acceleratore, però, possono venire riutilizzati, come è successo con l’anello al BNL, vicino a New York, riciclato come RHIC, dopo che il progetto Isabella è fallito.
Nel caso specifico del Tevatron, ora tutto il mondo è concentrato sull’LHC, soprattutto in termini di fondi. Sarebbe troppo costoso mantenerli entrambi in funzione, soprattutto visto che il Tevatron ha ormai dato il massimo che poteva dare.
@nemo
Mi sembri un po’ troppo sicuro di te nello sparare giudizi del genere….
Mi sembri un po’ troppo sicuro di te nello sparare giudizi del genere….
bhe certo se continuiamo ad aggiugere parametri liberi ogni volta che un esperimento non quadra con il modello standard allora tale modello varrà per sempre! ;-)
Per esempio: modello standard prima versione: i neutrini non hanno massa.
Superkamiokande: esperimento- no guarda che i neutrini la massa la hanno
Bene allora aggiungo altri 9 parametri liberi. Si ma non è più il modello di prima.
Così adesso abbiamo 19+9 parametri detti “liberi” da determinare empiricamente, ma poi liberi non sono visto che le masse delle particelle non sono indipendenti tra loro. E allora esiste una qualche relazione che però il modello non prevede.
Mi sembra sufficiente per un forte scetticismo circa la sua tenuta.
peccato che ci si è già dimenticati di Cabibbo e del nobel mancato, assegnato invece ai soli Kobayashi e Mascawa! D’altronde alcuni libri recenti già iniziano a nominarla matrice KM al posto di CKM, com’è stato per quasi 40 anni!
@ nemo
stai veramente sbagliando.
Le previsioni del Modello Standard sono state debitamente verificate dagli esperimenti. Il fatto che non preveda determinate cose è semplicemente il segno che abbiamo raggiunto i suoi “limiti” e che è il tempo o di estenderlo (vedi il MSSM) o di includerlo in teorie più generali.
Lo stesso ha fatto (ripetiamolo!) la Relatività con la Gravitazione di Newton: nel momento in cui cessava di essere valida è stata sostituita con una teoria più vasta di cui essa è un caso specifico.
Ma questo non vuol dire che fosse errata.
Complimenti davvero per i tuoi post sempre molto interessanti e ben spiegati. Avresti un libro o un sito da consigliare per entrare nell’argomento della fisica delle particelle nel suo complessivo? non avendo infarinature sulla materia mi sfuggono molti collegamenti.
Ps volendo anche qualche lettura leggermente impegnata…da ingegnere ne ho lette di pubblicazioni…ciao!!
@LASCO
Non me ne sono dimenticata, tanto è vero che in passato ne ho già scritto su questo blog, ma in questo post era fuori luogo
@Gabriele
Dipende un po’ da quello che vuoi. Il libro di fisica delle particelle di Griffiths è un buon libro di base: http://books.google.com/books?id=w9Dz56myXm8C&printsec=frontcover&dq=Griffiths&hl=en&ei=sHGLTrLgBNGa-gaE-fm4BA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCwQ6AEwAA#v=onepage&q&f=false
Però è anche un testo universitario, quindi magari non ti va di sapere tutti i dettagli tecnici/matematici. Se vuoi solo un’infarinatura generale, il libro “Not Even Wrong” di Peter Woit fa un’ottima panoramica sul modello standard e sulle teorie che potrebbero seguirlo. Lo scopo principale del libro è smontare la teoria delle stringhe, ma secondo me è comunque un buon libro per avere un’idea di fisica delle particelle, sia da un punto di vista storico che più metematico. È un libro di divulgazione, ma non è adatto proprio a tutti, va veramente molto nei dettagli…
@Eleonora Presani
mi è venuto in mente giusto perché in questo post è stato fatto riferimento al nobel vinto da Kobayashi e Mascawa.
Cmq era giusto un pò di nostalgia (sapendo com’era la persona), anche perché nella storia ci sono stati altri che meritavano il nobel per lavori sulle alte energie, finiti prima o poi nel dimenticatoio.
@LASCO
Hai perfettamente ragione, sono d’accordo che Cabibbo andrebbe ricordato a dovere. In generale (ma magari ne parliamo la settimana prossima :P ) I nobel sono una cosa molto sopravvalutata. Di certo chi li vince ha fatto delle ricerche di grande importanza, ma ci sono tantissimi scienziati che non sono affatto da meno ma non vinceranno mai il nobel…
@Eleonora Presani
si è vero che il premio nobel è sopravvalutato, ed infatti spesso influisce sul prestigio di un’università o centro di ricerca che ne ospiti uno, che alla fine spesso si traduce in iscrizioni ecc., quindi in soldi (ed il circolo si auto alimenta, almeno negli usa).
Probabilmente anche il figlio putativo di Cabibbo mancherà il nobel! Ma questa è un’altra storia.
A me interesserebbe sapere in quanto tempo un investimento del genere rientra e in che maniera si riesce a renderlo economicamente profittevole, non credo si costruisca un enorme anello solo per farci giocare a biglie i fisici :-)
Stessa considerazione per il LHC.
@Uebmaestro
La ricerca di base (ancora) non funziona con le regole della ricerca applicata. Ovviamente si cercano applicazioni (ad esempio in fisica medica ed ingegneria dei materiali), ma lo scopo di questi esperimenti non è lo sviluppo tecnologico per se. Quello viene necessariamente, perchè questi esperimenti richiedono i migliori componenti possibili, ma come spinoff. La ricaduta economica non è quantificabile. Prendi lo sviluppo delle reti, storicamente necessarie ai fisici per scambiarsi i dati. Non credo che ci sia qualcuno che prende un euro di royalties per il brevetto dell’idea, ma ad occhio siamo rientrati nei costi per i prossimi 100 anni. Con la fisica delle particelle ci fai fisica medica (diagnostica e terapica) con cui si salvano anche vite umane. Ti sembra sufficiente, o siamo sempre giocatori di biglie?