Sono passati dieci anni da quando il Large Hadron Collider (LHC, in italiano grande collisore di adroni), una delle macchine più complesse mai create, ha iniziato la sua carriera. Seppellito cento metri al di sotto delle campagne di Svizzera e Francia, con una circonferenza di quasi trenta chilometri, il LHC è l’acceleratore di particelle più grande al mondo.

Il 10 settembre del 2008 i protoni di un atomo di idrogeno hanno per la prima volta percorso l’acceleratore LHC. Il lavoro è però durato poco: il 22 settembre dello stesso anno un incidente ha danneggiato più di cinquanta degli oltre seimila magneti che costituiscono il LHC, fondamentali per tenere i protoni in un’orbita circolare. Per la riparazione c’è voluto più di un anno, ma nel marzo del 2010 il LHC ha ricominciato a far collidere i protoni.

vista del CERN

Il LHC è il fiore all’occhiello del Cern, il laboratorio europeo di fisica delle particelle fondato dopo la Seconda Guerra Mondiale per rimettere insieme la ricerca scientifica in un’Europa devastata dalla guerra. Scienziati dai sei continenti e da cento Paesi conducono oggi esperimenti in quella sede.

A cosa e perché serve?

Bella domanda. Il LHC fa scontrare tra loro due fasci di protoni a un livello di energia mai raggiunto in un laboratorio. Sei sedi sperimentali collocate intorno agli oltre ventisette chilometri della sua circonferenza studiano il risultato di queste collisioni mediante enormi rilevatori costruiti in cavità sotterranee.

vista dell’LHC all’interno del suo tunnel nel CERN

Ecco il cosa, ma il perché?

L’obiettivo è conoscere la natura delle componenti fondamentali dell’universo, e come interagiscono tra loro. È la scienza al suo stato fondamentale. Il LHC non ha deluso le aspettative. Una delle scoperte fatte con il LHC è quella del Bosone di Higgs, predetto già nel 1964 da scienziati al lavoro sulla combinazione di teorie sulle due forze fondamentali della natura.

Il Bosone di Higgs era l’ultimo pezzo mancante di ciò che in fisica delle particelle viene chiamato il modello standard. Questa teoria copre tutte le particelle fondamentali conosciute – sono diciassette – e tre delle quattro forze mediante le quali esse interagiscono tra loro, gravità esclusa. Il modello standard è una teoria molto ben verificata. Due dei sei scienziati che avevano sviluppato la parte del modello standard che prediceva il Bosone di Higgs hanno vinto il Premio Nobel nel 2013.

il bosone di Higgs, o particella di Dio

Perché continuiamo a far scontrare tra loro protoni, se abbiamo già scoperto il Bosone di Higgs, ci si potrebbe chiedere? Non abbiamo finito? Beh, c’è molto ancora da capire. Ci sono ancora domande alle quali il modello standard non dà risposta. Ad esempio, lo studio delle galassie e di altre strutture di grandi dimensioni nell’universo indica che lì fuori c’è più materia di quella che riusciamo a osservare. Poiché non si può vedere, la chiamiamo materia oscura. La spiegazione più comune è che la materia oscura sia fatta di una particella sconosciuta. I fisici sperano che il LHC possa rivelare questa particella per poterla studiare. Sarebbe una scoperta affascinante.

Più domande, più risposte da trovare

L’universo pone molti altri interrogativi, e potremmo aver bisogno di nuove teorie che spieghino questi fenomeni fisici – come l’asimmetria materia/antimateria, per spiegare perché l’universo abbia più materia che antimateria, o il problema della gerarchia, per capire perché la gravità è molto più debole di altre forze.

Il LHC continua a verificare il modello standard in fisica delle particelle. Agli scienziati piace quando la teoria corrisponde ai dati sperimentali. Spesso però impano di più quando ciò non succede. Significa non capire completamente quello che sta succedendo.

diagramma del modello standard

Per molti fisici è questo l’obiettivo futuro del LHC: trovare traccia di qualcosa che non capiscono. Ci sono migliaia di teorie che predicono una fisica di cui non sanno ancora nulla. Quali sono quelle giuste? C’è bisogno di una scoperta per verificare quali siano quelle corrette e quali no.

Il Cern ha intenzione di usare il LHC per molto tempo, stanno infatti progettando aggiornamenti all’acceleratore e ai rilevatori per farlo funzionare fino al 2035, e sperano di incappare in un imprevisto che non riescono a capire e che li possa mettere sulla strada giusta. Ecco cosa ci possiamo aspettare per i prossimi vent’anni.

-Valto

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