1/ Come altre attività, anche il #CERN torna a operare normalmente. Entro l’anno prossimo gli aggiornamenti degli esperimenti su abbiamo lavorato negli ultimi 3 anni saranno completati. Un test di collisioni ad alta energia è programmato per l’autunno del 2021.
2/ Spero di poter raccontare “in diretta” tutte queste fasi e quindi scrivo questo thread breve per spiegare alcune nozioni di base della fisica degli acceleratori e degli esperimenti sui collider. Ma cosa si intende quindi per “collider” (collisore)?
3/ Un collider è un sistema di magneti e cavità a radiofrequenza in grado di accelerare e mantenere e far scontrare delle particelle cariche su un’orbita circolare per un tempo lungo: svariate ore.
4/ Il primo collider è stato realizzato in Italia nel 1961 presso i Laboratori di Frascati dell’INFN: si chiamava Anello di Accumulazione (AdA). Era piccolissimo ma era in grado far circolare e scontrare elettroni e positroni in direzioni opposte con eguale velocità.
5/ In seguito i collider si sono evoluti. Un po’ come i dinosauri che per mantenere costante la loro temperatura corporea sono diventati enormi, così i collider per accelerare particelle ad energie sempre più grandi sono diventati enormi.
6/ Usando campi elettromagnetici possono accelerare solo particelle elettricamente cariche. Si preferisce accelerare particelle stabili come protoni o elettroni. Per motivi tecnici è più facile raggiungere energie estreme accelerando protoni.
7/ Il collider più grande e potente al momento su questo pianeta è l’LHC (Large Hadron Collider) del #CERN. Ricordate che AdA faceva scontrare elettroni e anti-elettroni (positroni) che circolavano in direzioni opposte? Beh #LHC invece fa scontrare protoni con altri protoni.
8/ Il protone accelerato raggiunge un’energia cinetica 7000 volte maggiore della sua massa che diventa trascurabile. In pratica il protone è pura energia cinetica. Lo scontro con un altro protone in direzione opposta fornisce il doppio dell’energia per la creazione di particelle.
9/ Sappiamo che energia e massa si equivalgono (E=Mc^2) e questo vuol dire che l’energia dello scontro può creare massa, ossia nuove particelle. Molte delle particelle create dallo scontro già le conosciamo. Il difficile è separare il grano dal loglio...
10/ Per “vedere” le nuove particelle create abbiamo bisogno di mettere degli strumenti nel punto in cui queste si scontrano. Dato che dobbiamo guardare tutto intorno alla traiettoria circolare la forma dei rivelatori è quasi sempre cilindrica.
11/ Visto che vengono create tantissime particelle diverse i rivelatori non sono fatti di un unico tipo di “sensore” ma sono composti di diversi sotto-rivelatori che usano diverse tecnologie ed effetti fisici ottimizzati per rivelare le diverse particelle.
12/ Ci sono diverse categorie di rivelatori di particelle: quelli traccianti (che misurano la traiettoria) e quelli che misurano l’energia (come i calorimetri). Inoltre ci sono rivelatori che misurano i tempi di volo dal momento dell'interazione a quello della rivelazione.
13/ In sostanza un rivelatore di particelle è una sorta di mega-scanner immerso in un campo magnetico (per curvare le traiettorie) che invece di digitalizzare un’immagine digitalizza un processo fisico reale. L’accuratezza di questi strumenti è straordinaria.
14/ Per esempio, il rivelatore di tempo di volo di ALICE è in grado di misure qualche decina di pico-secondi (millesimi di miliardesimi di secondo) mentre i suoi sensori a pixel hanno una risoluzione spaziale di 5 micron (millesimi di millimetro).
14/ Questo thread sarà utile nelle prossime settimane. Quando le installazioni termineranno e inizierà la messa a punto (commissioning) potrete fare riferimento a queste nozioni per capire la terminologia che userò nelle descrizioni delle operazioni. Buona Serata ⚛️🌙
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