Accelerazione artificiale di particelle

La ricerca è improntata sull’accelerazione artificiale, in particolare sullo studio del funzionamento dell’acceleratore di particelle, la macchina che permette di riprodurre artificialmente il fenomeno naturale dell’accelerazione delle particelle. Poiché in natura si tratta di un evento particolarmente pericoloso per l’uomo, l’importanza di una cosa artificiale che permetta di controllare l’entità e la potenza del fenomeno è evidente. Come visto durante la ricerca di informazioni per comporre il blog, l’accelerazione artificiale di particelle è fondamentale in molti campi scientifici: più di tutti, fornisce un aiuto fondamentale nello studio della fisica delle particelle, grazie ad efficienti e costosi macchinari come il LHC del CERN di Ginevra. Nel post dedicato ai rischi , è stato analizzato anche il punto di vista di chi si trova contrario all’utilizzo di questo tipo di tecnologia, ritenute da questi pericolosa per il genere umano. Le varie teorie catastrofiste si sono state pe...

A come Angeli e Demoni B come Bellezza C come Collider D come Dio E come Elio F come Fabiola Giannotti G come Ginevra H come Higgs I come INFN L come Livingston M come Modello Standard N come Nataraja O come OpenData P come Particle Fever Q come Quark R come Raggi (cosmici) S come Scopi T come Televisione U come UniFe V come Van der Graaf Z come Zoo (delle particelle) Clicca qui per maggiori informazioni (le citazioni contenute sono direttamente tratte da fonti quali Wikipedia, Focus, ...).

Schermo a tubo catodico Per creare le immagini lo schermo a tubo catodico utilizza un tubo a raggi catodici nel quale i raggi catodici sono convogliati ad hoc su di una superficie fotosensibile. Calorimetro Rivelatore di particelle che misura l'energia di una particella.

 Una delle metafore che spiega, forse meglio di qualsiasi altra, il lavoro del CERN e di tutti quei laboratori che si occupano di accelerazione artificiale, si trova in una delle piazze tra gli edifici del Cern a Ginevra: lì possiamo trovare una grande statua del dio Shiva, raffigurato come Nataraja, “il signore della danza,” impegnato ad eseguire la danza cosmica da cui l’intero universo risulterà distrutto, per poi essere ricreato.   La statua è un regalo dell'India , in occasione della celebrazione del 2004 della pluri-decennale collaborazione tra Nuova Delhi e il Cern. Una placca di bronzo con una citazione di Fritjof Capra spiega: “Centinaia di anni fa, gli artisti indiani hanno creato immagini di Shiva danzante in una magnifica serie di bronzi. Ai nostri tempi, i fisici hanno sfruttato la tecnologia più avanzata per ritrarre i ritmi della danza cosmica. La metafora della danza cosmica, così, unifica la mitologia antica, l’arte religiosa e la fisica moderna.” Nel vide...

Numerosi sono i brevetti che possiamo trovare sugli acceleratori artificiali di particelle, sia nella loro interezza (divisi per tipo: lineare, circolare), sia per le varie componenti presenti al loro interno. Riportiamo i link ad alcuni di questi: Particle accelerator - US 3070726 A Linear particle accelerator apparatus for high energy particle beams provided with pulsing means for the control electrode - US 3133227 A Linear particle accelerator  - US 4020384 A

Gli acceleratori di particelle vengono usati per molti scopi. I principali sono: scopi industriali = impiantazione di ioni, sterilizzazione;  scopi medici = produzione di isotopi radioattivi, terapia adronica; scopi di studio della struttura dei materiali = sfruttando la radiazione di sincrotrone; scopi di ricerca in fisica delle particelle = un fascio di particelle di energia elevata permette di sondare oggetti di dimensioni molto ridotte.  (Fonte: Wikipedia)

La storia dell'accelerazione artificiale parte da quello che è considerato l'inizio vero e proprio: il Big Bang . L'obiettivo ultimo è quello di cercare di ricreare questo evento, ma alla base sta la ricerca della comprensione di quali solo gli elementi base che compongono tutto ciò che ci circonda, la natura, gli oggetti, noi stessi. Già dal VI sec a.C. inizia a diffondersi, in ambito filosofico-materialista con la dottrina dell' atomismo , il pensiero che la materia possa essere composta da particelle elementari non visibili ad occhio nudo. Andando avanti nella storia, e più precisamente nel XVII sec., troviamo Isaac Newton , che dal punto di vista puramente scientifico inizia ad elaborare il fatto che la materia fosse composta da particelle. Questa ipotesi viene formalizzata ufficialmente da John Dalton nel 1802, il cui lavoro sosteneva che la materia è composta da piccoli atomi. Successivamente l'esistenza di una fisica delle particelle viene sempre più c...

Sono molti i luoghi in cui scoperte di fondamentale importanza sono state ottenute. Partendo dall'inizio della storia della fisica delle particelle, si potrebbe definire come luogo di nascita la Grecia, dove filosofi come Democrito o Leucippo diedero vita alla "dottrina filosofica dell'atomismo". Da allora questa dottrina si è trasformata in una scienza molto importante, portando alla creazione di "luoghi appositi" per la ricerca e lo studio dei suoi principi. Alcuni dei principali luoghi sono Ginevra, Frascati, Batavia, Menlo Park.

Le quattro principali imprese che si occupano dell'accelerazione artificiale sono sparse in varie parti del mondo. Proprio in Italia fu creata per prima un'istituzione per promuovere lo studio e lo sviluppo della tradizione scientifica iniziata dal nostro scienziato Enrico Fermi. Si tratta dell' INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, con sede a Roma, fondato nel 1951. Proprio nel suo primo laboratorio nazionale, situato a Frascati, l'INFN progetta e costruisce il primo acceleratore italiano di elettroni: l'elettrosincrotone. Oggi questo laboratorio ospita DAΦNE (Double Annular Φ factory for Nice Experiments), un collisore elettroni-positroni, che è stato l'unico acceleratore del suo genere attivo in Europa, fino all'accensione dell'LHC. Una delle istituzioni con cui l'INFN collabora è il CERN, Conseil européen pour la recherche nucléaire, fondato un anno dopo (1952). È ormai affermato come il più grande laboratorio di fisica delle ...

All'interno del LHC gli elementi che ne permettono il funzionamento sono principalmente magneti superconduttori che creano dei campi magnetici.  Un interessante articolo che spiega nel dettaglio il funzionamento del LHC e i principi alla base della sua creazione è reperibile al seguente link . (lingua inglese) L'ipotesi dell'esistenza di una fisica delle particelle è molto antica: l'idea che la materia sia composta da particelle elementari risale al VI secolo a.C. in ambito filosofico-materialista, con la teoria dell'atomismo. Dal punto di vista prettamente scientifico, invece, bisogna arrivare ad Isaac Newton (XVII sec), il quale pensava che la materia fosse composta da particelle. Alla fine fu John Dalton che, nel 1802, sostenne formalmente che la materia è composta da piccoli atomi. Estremamente importanti nel seguito per lo sviluppo della disciplina sono i lavori di Mendelev, Thompson e Rutherford. Tra gli anni '50 e '60 si svilupparono delle macc...

Quando si parla di rischi legati all'accelerazione artificiale di particelle bisogna porre attenzione sui rischi reali e su quelli fantomatici. Ad esempio pochi anni dopo la messa in funzione del LHC si diffuse l’ipotesi apocalittica secondo cui questo avrebbe potuto creare non intenzionalmente un mini-buco nero, che avrebbe in poco tempo distrutto la Terra. Naturalmente la teoria è stata presto smentita, non perché i mini-buchi neri non siano una realtà, ma perché quando passano attraverso la Terra, questi oggetti non sottraggono materia al nostro pianeta, dato che la loro orbita è già piena e stabile. Altri articoli di falsi rischi tra cui uno di Helter Skelter in cui si risponde a tono, per cui vale la pena di spendere qualche minuto di lettura: http://punto-informatico.it/3630994/PI/News/lhc-apocalisse-una-causa-persa.aspx http://smarcell1961.blogspot.it/2015/10/lenergia-di-lhc-i-moscerini-e-il-buco.html https://it.wikipedia.org/wiki/Large_Hadron_Collider   sezione ...

esempio di tracce lasciate dalle particelle durante la collisione i punti sperimentali e i pre-acceleratori dell' LHC veduta aerea dell'area del Cern Il Large Hadron Collider

 In questo post analizzeremo alcuni dei requisiti di base che un acceleratore di particelle deve soddisfare. LHC è composto da 1.600 magneti superconduttori che hanno bisogno di essere mantenuti  a una temperatura di -271,25 °C: solo a queste condizioni, infatti, i magneti creano un campo magnetico che permette di mantenere i protoni all’energia necessaria per condurre gli esperimenti. La luminosità dello strumento, un fattore proporzionale al numero di particelle che collidono entro un periodo di tempo definito , è un indicatore fondamentale per le prestazioni dell'acceleratore : maggiore è il numero di collisioni, maggiore è la probabilità di vedere una particella o un fenomeno nuovo. Ecco un articolo che parla del progetto " High-Luminosity LHC ", con cui si tenterà di aumentare la luminosità. Ma parlando di "cose serie"..forse prima di tutto è necessario che l'acceleratore di particelle sia pulito! Per capire cosa intendo, vi consiglio la ...

I progressi sono stati fatti..e si vedono! In meno di 80 anni l'energia si è moltiplicata per mille miliardi. Osserviamo un grafico relativo a questo aumento, partendo dal grafico di Livingston: Il grafico di Livingston, dal nome di chi lo inventò cinquant’anni fa, prevede l’andamento esponenziale indicato dalla curva tratteggiata. Linee di diverso colore connettono tra loro alcuni singoli acceleratori della stessa famiglia, identificati dall’anno di inizio attività e dall’energia del loro fascio. Nel caso dei collisori, però, il valore dell’energia che si legge sull’asse verticale non è quello dei loro fasci, bensì l’energia che dovrebbe avere una macchina tradizionale (fascio contro protoni fermi) per disporre della stessa energia del corrispondente collisore: con questa scelta, i due tipi di macchine hanno la stessa energia nel centro di massa, l’energia cioè che misurerebbe, in ambedue i casi, un osservatore “seduto” sul baricentro del sistema proiettile-bersaglio...

Ecco una panoramica numerica di ciò che capita all'interno di un'organizzazione come il CERN: U. Amaldi Europhysics News, June 31, 2000 M. Biagini. L'unità di misura dell'energia delle particelle è l'elettronvolt. Un interessante approfondimento, per i più curiosi, è dato dall'esplorazione del sito OpenData del CERN: un archivio aggiornato di tutti gli esperimenti condotti con LHC.

Una testimonianza del nostro fenomeno artificiale nei fumetti è data dalla storia "Topolino e l’acceleratore nucleare", comparsa sul n.1563 di Topolino il 10 novembre 19 85. La storia, sceneggiata da Alessandro Bencivenni e disegnata da Massimo De Vita, è ambientata al Cern di Ginevra nel periodo in cui era in costruzione il Lep, all’epoca il più grande acceleratore di particelle esistente, oggi sostituito da Lhc. Nel link , una breve opinione dello sceneggiatore a riguardo.

Sulla piattaforma YouTube, alcuni scienziati del CERN appassionati di musica hanno divulgato, in via del tutto informale, un video rap che spiega in maniera semplice il funzionamento dell'acceleratore e il suo scopo. ( link ) Un'altra canzone sotto forma di parodia, che riutilizza la melodia di una canzone già esistente, è quella ascoltabile cliccando sul seguente link: https://www.youtube.com/watch?v=1YB0xM9cgr8 Anche il coro del CERN si è cimentato nella creazione di una canzone a tema: https://www.youtube.com/watch?v=28X9czEROPs Un ultimo melodioso esperimento che vi consiglio è il seguente: https://www.youtube.com/watch?v=gPmQcviT-R4

Il Large Hadron Collider (l'acceleratore di particelle situato a Ginevra) viene menzionato in "Angeli e demoni" di Dan Brown, in cui l'antimateria creata al LHC viene usata come arma contro il Vaticano. Il CERN pubblicò una pagina Verità o Finzione? in cui si discuteva sull'accuratezza del libro per quanto riguarda LHC, CERN, e la fisica delle particelle in generale. Alcune scene della versione cinematografica del romanzo sono addirittura state girate al LHC; il regista Ron Howard ha incontrato esperti del CERN nel tentativo di rendere più accurati i riferimenti scientifici presenti nel film. Il documentario "Particle fever" (2013) di Mark Levinson segue le vicende dell'LHC dal 2009 fino all'annuncio di quello che potrebbe essere il Bosone di Higgs. ( articolo )

Nel libro "Vite che non possiamo permetterci" , di Zygmunt Bauman, si ha un dialogo con Citlali Rovirosa-Madrazo (nell'immagine indicato tramite iniziali), di cui riporto un piccolo passaggio. Nel libro "Origin" di Dan Brown, un passaggio sul cambiamento di pensiero man mano che la scienza e l'uomo in generale progredisce: