Buchi neri ed antimateria al CERN

A grande richiesta, pubblichiamo qualche informazione sul CERN, ossia l'European Organization for Nuclear Research, che abbiamo avuto la possibilità di visitare quando siamo stati a Ginevra. Fondato nel 1954 e che al giorno d'oggi vede partecipare ben 20 stati membri e dà lavoro ad oltre 2.000 persone.
In sintesi al CERN si utilizzano degli accerelatori di particelle e dei rilevatori per registrare i risultati delle collisioni tra particelle. L'ultima creazione si chiama LHC o Large Hadron Collider ed è la più complessa macchina mai realizzata dall'uomo. E' un acceleratore di particelle chiamate adroni (ioni o protoni) che vengono fatte collidere al fine di ricreare le condizioni presenti pochi attimi dopo il Big Bang. Gli scontri tra particelle vengono analizzati da diversi esperimenti chiamati con sigle "esotiche" come ALICE, ATLAS, CMS, TOTEM... Da quando l'anello di 27 km a 100 m sottoterra è stato sigillato e sono iniziati gli esperimenti la visita si svolge solo in superficie ma fortunatamente si ha la possibilità di vedere da vicino proprio il più grande di questi esperimenti: ATLAS. Su dati di ATLAS lavorano 2.900 scienziati di 37 paesi differenti ed il rilevatore è in grado di investigare diversi settori della fisica, dalla ricerca del bosone di Higgs alla materia oscura.

Il giovane fisico francese che ci ha illustrato pazientemente il funzionamento di ATLAS ha snocciolato numeri da far impazzire la mente appena ci mi mette a riflettere un attimo di più. Volete saperne alcuni?

ATLAS: 46 m di lunghezza, 25 di altezza e larghezza. Peso: 7.000 tonnellate.

Quantità di dati generati da ATLAS ogni secondo: equivalente di 100.000 CD-rom (fortunatamente viene salvata una quantità di dati "solo" pari a 27 CD-rom al minuto).

Circonferenza dell'anello in cui vengono fatti collidere i due fasci di particelle: 26,659 km.

Numero di magneti installati e necessari per far deviare le particelle lungo l'anello: 9.300. Ogni magnete viene raffreddato alla temperatura di -193°C con 10.080 tonnellate di azoto liquido e prima dell'immissione delle particelle ulteriormente raffreddati alla incredibile temperatura di -271.3°C (solo 1.9°C sopra lo zero assoluto) con 60 tonnellate di elio liquido.

Velocità delle particelle a piena potenza: 99.99% della velocità della luce che permette loro di fare in un solo secondo ben 11.245 giri dell'anello. Vengono accelerate a questa velocità grazie ad una potenza di 7TeV (teraelettronvolt). Numero di collisioni al secondo: 600 milioni. Tenete presente che su 200 miliardi di particelle coinvolte in uno scontro ci possono essere al massimo 20 collisioni ad ogni giro (tanto per dare un'idea del vuoto di cui siamo fatti..).

Le particelle collidono correndo in un vuoto ultraspinto, ad una pressione dieci volte inferiore a quella presente sulla superficie della Luna. Le temperature presenti al momento dello scontro tra particelle sono migliaia di volte superiori alla temperatura interna del Sole. Per chi fosse interessato ad approfondire ecco una bella brochure in inglese.

La visita permette di accedere ad una piccola mostra sul mondo delle particelle, un video in 3D sulla costruzione di ATLAS ma la cosa più bella era senz'ombra di dubbio la vista attraverso ampie vetrate della sala di controllo dell'acceleratore. Mega schermi a tutta parete, ogni postazione controlla un particolare strumento all'interno di ATLAS e funzionamento 24 ore al giorno, 7 giorni su 7.

Tra le tante domande che i presenti nel nostro gruppo hanno posto, alla fine mi sono permesso di fare una domanda "trabocchetto" che potesse alludere alle solite notizie allarmistiche dei giornali relative ai buchi neri che qui potrebbero essere creati e che finirebbero per ingoiare l'intera Terra. E così ho chiesto: "Is there something that can really go wrong?". Intelligentemente il fisico prima ha risposto spiegando quali sono le parti degli strumenti che potrebbero subire una particolare usura o che necessitano di essere cambiati dopo un tot di tempo e poi, per completare la risposta, ha confermato che in effetti buchi neri di qualche centimetro di diametro si possono creare ma non sono rilevabili in quanto i primi rilevatori si trovano a circa dieci centimetri... a buon intenditore poche parole !

Ma veniamo ad uno degli ultimi progressi scientifici effettuati proprio qui al CERN che riguarda l'antimateria. Tutti oramai sappiamo più o meno che l'universo si è originato da un'enorme esplosione chiamata Big Bang e dalla quale si sono formate contemporaneamente la materia e l'antimateria in quantità uguali. Poi per una qualche strana ragione solo una piccola parte della materia originaria è sopravvissuta ed è esattamente quello con cui noi abbiamo a che fare ogni giorno. E questo è uno dei misteri più grandi con cui la scienza modera ha a che fare. Che cos'ha la materia di così particolare che l'antimateria non ha?

Nei primi istanti dell'universo la materia e l'antimateria si sono annichilite a vicenda. Infatti quando materia e antimateria si incontrano scompaiono in una forte esplosione. Avete visto il film "Angeli e demoni" con la storia della bomba ad antimateria? Beh sebbene l'argomento sia di forte attualità diciamo che è qualcosa di ancora impossibile da realizzare.

Tuttavia la verità è che nello scorso mese di ottobre al CERN di Ginevra un gruppo di fisici è riuscito nell'impresa di creare 38 atomi di antimateria, precisamente di atomi di anti-idrogeno, ed a tenerli intrappolati per qualche decina di secondi in un campo magnetico. Il prossimo passo sarà quello di capire se gli atomi di anti-idrogeno si comportano come i "fratelli materiali". Tra l'altro la scoperta di piccole differenze tra materia ed antimateria ha regalato il premio Nobel nel 2008 a due fisici giapponesi.

La visita al CERN si è completata poi con una mostra al Visitor Center dove viene ripercorsa un po' la storia del CERN e delle scoperte ivi realizzate e con l'installazione del Globe, una struttura a forma di globo appunto all'interno della quale viene proiettato su schermi giganti a parete e "pavimento" una breve introduzione alla fisica delle particelle e al ruolo del CERN. Curiosità finale: ma lo sapevate che internet e il www è stato inventato proprio al CERN? In mostra infatti c'è anche il primo server web: