C’è un luogo dove il tempo si allunga🕰e ci son oggetti più freddi🥶dello spazio interstellare✨🪐
Vi porto a visitare il @CERN!
Andremo dove porto le persone care quando vengono a trovarmi. Vi mostrerò il “mio” CERN!💥
1/ #UnaGitaAlCERN
Appuntamento al capolinea del tram 18 da Ginevra, in ...”Piazza delle Particelle”! È il nuovo nome dato allo slargo un paio di anni fa (a me piace, e anche @Artibani1 potrebbe apprezzare). Da qui si vede il Monte Bianco 🏔
Vi aspetto lì, davanti...alla “palla”🚉
Vi aspetto davanti al”Globe”. La grande costruzione semisferica è oggi l’edificio simbolo del CERN.
Ma non è nato qui: era il padiglione svizzero🇨🇭all’Expo’02. Costruito per il tempo dell’Expo,è stato poi donato al CERN per un’esposizione...e qui è rimasto!
Il Globe è uno spazio espositivo. Ospita una mostra permanente, sempre aperta al pubblico, sul CERN e la fisica, e una sala convegni.
Le sfere a terra son bacheche: ospitano oggetti simbolo,tra cui il primo acceleratore 💫e il primo server WWW 📺 (nato qui!)
Un salto all’esposizione del Globe è d’obbligo, non fosse altro che per vedere una “Spark Chamber”💥in funzione! Uno dei miei rivelatori preferiti, mostra in maniera tangibile e in tempo reale i raggi cosmici che ci attraversano in ogni istante!☄️⚡️
Parentesi: gli amanti dell’architettura si fermino a osservare la struttura: merita! (@sanspretensions apprezzerà!) 2sfere concentriche in legno (sì,lo so,da lontano sembra ferro arrugginito ma,vi assicuro,è legno!). 2 rampe a spirale portano ai piani superiori.
Venite, attraversiamo la strada e fermiamoci sotto le bandiere, così vi racconto cosa è il CERN e come viene finanziato e gestito.
Queste bandiere rappresentano tutti i paesi membri del CERN. Ne viene aggiunta una quando un paese chiede di diventare membro.
Ah! ...stavo dimenticando🤦🏻♂️: interrompetemi pure, ogni domanda è ben accetta e preziosa👍 Mi piace speculare e cercherò di rispondere a tutti, nei limiti del possibile e di quel che so 😊
Innanzitutto: Dove siamo??🤔
Il CERN è uno dei grandi centri di ricerca europei ed è sede di esperimenti💥unici al mondo! 🌍
Qui studiamo i componenti fondamentali della materia☄️, e le forze⚡️ che li governano, per capire come funziona il nostro Universo!✨✨
12 sono i paesi europei che nel 1953 hanno fondato il CERN. L’Italia è tra questi.
Ideato nell’immediato dopoguerra come luogo di collaborazione scientifica pacifica tra gli stati europei per il bene dell’umanità, ancora oggi è luogo di ricerche aperte a tutti
Il CERN è finanziato dai paesi membri con soldi pubblici. Scopo è la ricerca nella fisica di base, subnucleare in particolare,e tutti i risultati sono pubblici e accessibili,così come le innovazioni tecnologiche (come il Web e il touch-screen, inventati qui!)
Ad oggi, i paesi “Membri”, quelli cioè che finanziano e gestiscono direttamente il CERN, prendendo le decisioni le più importanti, sono 23, quasi tutti paesi europei.🌍
Ma il CERN è aperto anche ai paesi extraeuropei!🌎🌏
Ci sono anche anche 8 paesi “Associati”, tra cui India e Pakistan; paesi “Osservatori”, tra cui USA e Russia: finanziano e partecipano scientificamente agli esperimenti, senza però far parte del consiglio direttivo. E paesi con collaborazioni scientifiche.
In pratica,sono pochi i paesi al mondo che non hanno progetti con il CERN o che non hanno ricerche qui!
Inoltre, ogni anno, 300 “Summer Students”🎒🧳da ~90 paesi (io ho iniziato così!😊) e 100’000 visitatori da tutto il mondo🌏 visitano il CERN!🚌
Ah! Dimenticavo... mi raccomando, ricordate: durante la “visita” potete (potreste...!) fare tutte le foto e i filmati che desiderate perché qui tutto è pubblico e non c’è nulla di segreto!😉
Bene! Iniziamo la nostra visita all’interno del CERN!
Andiamo verso l’entrata principale,il “Gate B”,sempre aperta, 24/7. Qui siamo ancora su suolo svizzero, ma stiamo per entrare su ”suolo internazionale”: perché il CERN non appartenga a nessun paese.
(Facciamo una piccola pausa. Continueremo la nostra visita all’interno del CERN domani e nei prossimi giorni! 👍😊)
P.s. nella foto si vede l’anello del LHC, il grande acceleratore del CERN, e Ginevra sullo sfondo)
[Tutte le immagini finora usate: (C) CERN]
Bene, entriamo.
Benvenuti al CERN!🙌
Venite, iniziamo subito con un pezzo di storia, vi mostro uno dei miei posti preferiti: il primo costruito al CERN!
Ci fermiamo davanti all'edificio basso lì a sinistra e andiamo a visitare l’SC, il Sincro-Ciclotrone!
Prima di entrare a vedere l’SC, vi dico dove ci troviamo. Il CERN viene fondato nel 1953 e la sua costruzione inizia nel 1954. Siamo a Meyrin, un piccolo villaggio della campagna ginevrina. All’epoca, qui c’era solo campagna. L’SC è tra le prime costruzioni.
Il cantiere viene iniziato subito, prima di finire gli uffici e le altre strutture. L’SC è il primo acceleratore di particelle concepito e costruito al CERN e fornirà particelle ai primi esperimenti. Dietro, l’anello del secondo acceleratore (PS) in costruzione
Un acceleratore per ricerca è sempre un prototipo e la costruzione richiede lo sforzo comune e coordinato di diversi istituti e industrie. Nel caso di SC, il magnete, costruito in Belgio, fu trasportato via fiume fino a Basilea e da lì su strada fino a Ginevra.
C’è un piccolo video d’archivio molto interessante sul trasporto del magnete di SC verso il CERN, che merita la visione!
videos.cern.ch/record/1662760
Nel ’57 SC è pronto! Nella foto si vede anche l’anello di PS ancora in costruzione. Sullo sfondo una Ginevra che all’epoca sembrava molto distante; oggi, invece, la stessa strada attraversa un quartiere dopo l’altro. (🔎Riuscite a vedere il famoso Jet d’Eau?😉)
Venite, entriamo a vedere!
L’SC è composto da 3 componenti: 1) un grande magnete🧲, che crea un campo magnetico intorno all’acceleratore (vedremo che le scelte son diverse nei moderni acceleratori); 2) una camera a vuoto🌀; 3) un campo elettrico alternato⚡️
Tutti gli acceleratori funzionano su due principi di base:
1) una particella carica (cioe’, che ha carica elettrica) viene “accelerata” quando si trova dentro un campo elettrico
2) e quando passa attraverso un campo magnetico la sua traiettoria viene “curvata”.
SC accelera le particelle usando un campo elettrico alternato: all’inizio la particella, al centro della camera circolare,inizia a muoversi verso il polo opposto del campo; poi il campo viene invertito e la particella e’ attratta verso l’estremità opposta...
Intanto il campo magnetico esterno 🧲 “curva” di continuo la traiettoria delle particelle mentre si muovo”inseguendo”il polo elettrico opposto, mantendendole su una traiettoria a spirale🌀
Giro dopo giro le particelle acquistano energia!💪
[Pic: @symmetrymag]
Parentesi: se vi stesse venendo l'idea di cimentarvi nella costruzione di un ciclotrone da tenere in salotto... beh, allora questo bellissimo articolo di @symmetrymag è proprio per voi! 👇😉
symmetrymagazine.org/article/august…
Ma perche’ una “camera a vuoto”(il componente n.3)? Perchè altrimenti le particelle che vogliamo accelerare andrebbero a “scontrare” contro le molecole di aria, perdendo l’energia che le abbiamo fornito. Piú vogliamo accelerarle e piú dev’esser spinto il vuoto.
...vedremo dopo quanto dovrà essere spinto il vuoto all’interno dell’acceleratore LHC... La quantità di materia all’interno del tubo deve esser comparabile con la quantità di materia presente nello spazio interstellare!!! ✨✨ ...cioè, molto molto poca!!! 😉
SC accelera le particelle circa 50 volte al secondo e fino a una velocità massima di circa 240’000 Km/s (circa l'80% della velocità della luce)!
O, se usiamo le unità di misura usate dai fisici, fino a un’energia di “600 MeV”. 👉
👉“MeV” significa “Milioni di elettron-volt”, dove l’elettron-volt, “eV”, è l’unità di misura in fisica usata per misurare l’energia di una particella: "1 eV" è l’energia di un elettrone che si muove in un campo elettrico di 1 volt.
Piccola nota a margine: con la stessa unità di misura, l’elletron-volt “eV”, si può quantificare l’energia di tutte le onde elettromaghetiche👇 (che altro non sono che fotoni in movimento☄️)
Raggiunta la massima energia, le particelle nel SC vanno a scontrarsi contro un “bersaglio” di un materiale adatto all’esperimento, provocando interazioni tra particelle e nuclei atomici, provocando la produzione di nuove particelle, l’oggetto dello studio.
Nel Settembre 1958, circa 1 anno dopo la sua accensione, l’SC scopre un decadimento raro di una particella chiamata “pione”; il decadimento di un pione in un elettrone non era mai stato osservato prima!
Sarà la prima delle molte scoperte scientifiche del CERN!
(La nostra visita continua nei prossimi giorni... 🙂 )
[Immagini usate finora: CERN and Wikipedia, dove non specificato]
L’SC, appena visitato, ha funzionato dal 1957 al 1990: 33 anni di carriera! Ha accelerato particelle per molti esperimenti e applicazioni.
Uno degli usi del ciclotrone è la produzione di isotopi radioattivi per la “medicina nucleare”.
videos.cern.ch/record/1499560
Molti ospedali che hanno un reparto di medicina nucleare hanno un “piccolo” acceleratore di particelle di tipo ciclotrone nei loro sotterranei, per la fabbricazione di isotopi radioattivi ☢️ usati nelle tecniche diagnostiche come PET e SPECT.
[Img: @IBAToday]
Le sostanze radioattive usate in medicina hanno “vita media” breve, il loro potere radioattivo si esaurisce, cioè, in tempi brevi, da minuti a qualche ora. Quindi è importante che questi isotopi radioattivi vengano prodotti nell’ospedale o nelle sue vicinanze.
Ma cos’è un “isotopo radioattivo”?🤔
Un elemento chimico è definito da un particolare atomo e ogni atomo è composto da un nucleo e una nuvola di elettroni a esso legata. Nel nucleo vi è un certo numero di neutroni e protoni, che definisce il “numero atomico”.
Il “numero atomico” definisce univocamente un elemento chimico: due sostanze con differente numero atomico sono due elementi chimici differenti. Ma cosa succede se cambiamo il numero di protoni e neutroni nel nucleo?
Cambiando il numero dei protoni, l’emento “trasmuta”: si trasforma, cioè, in un altro elemento. Cambiando invece il numero dei neutroni nel nucleo, l’elemento non cambia, ha le stesse caratteristiche chimiche; però cambia la sua “massa atomica”: pesa di più!😉
Un “isotopo” di un dato elemento chimico è allora un atomo dello stesso elemento ma con un numero maggiore di neutroni nel nucleo. A seconda del numero di neutroni, un isotopo è stabile o “radioattivo”: emette pezzi di se stesso per tentare di stabilizzarsi.
Un isotopo radioattivo ha una certa “vita media”: il tempo cioè che ci mette a decadere, trasformandosi in qualcos’altro. Inoltre un certo campione di un isotopo vede la sua attività radioattiva dimezzata in un certo tempo (“half-life”). [GIF: @Allochthonous]
In medicina si usano isotopi particolari: devono “morire” emettendo particelle utili allo scopo, come gli elettroni positivi (“positroni”) usati nella PET; e devono avere vita breve, per sparire velocemente dal corpo del paziente e non fare danni.
[GIF:gfycat]
Avendo vita breve, gli isotopi usati in medicina devono essere prodotti vicino a dove vengono usati.
Ma come si fa a produrli?🤔
Cosa c’entra il "ciclotrone" da cui siamo partiti?🌀
Cambiando il numero di neutroni e protoni, cambiano le caratteristiche dell’atomo e creiamo isotopi di varia natura. Ma come facciamo a cambiare questo numero?
Come possiamo aggiungere o togliere neutroni e protoni a...un atomo?!🤭
Per esempio con un "ciclotrone"!😁 Questo accelera particelle cariche, quindi protoni, e mandarli a sbattere contro un campione di una certa sostanza. Un protone di una certa energia interagirà con il nucleo cambiando la sostanza in un’altra!
[Img:@TRIUMFLab]
La produzione di radioisotopi per medicina è un campo di ricerca attivo anche al @CERN , dove alcuni dei suoi acceleratori sono usati per sperimentare nuove tecniche di produzione.
Un esempio 👉
medicis-promed.web.cern.ch
Ma il ciclotrone non è il solo tipo di acceleratore,ne esistono altri; p.e., il “lineare” e il “sincrotrone”. Quest’ultimo è il tipo usato oggi per gli acceleratori “di scoperta” come il grande LHC del @CERN.
Nella prossima tappa vedremo cosa è e come è fatto!