CERN
Indice
Generalità
Sigla di Organizzazione Europea per le Ricerche Nucleari, così mantenuta dalla dizione originaria di Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. Organizzazione istituita nel 1954, con ratifica della Convenzione di Parigi del 1º luglio 1953, per promuovere la collaborazione a livello europeo per le ricerche scientifiche nucleari e per la diffusione dei risultati teorici e sperimentali raggiunti. Il CERN, che ha sede e laboratori a Ginevra, è il più grande centro attrezzato del mondo per la fisica delle particelle fondamentali, o fisica delle alte energie. Il CERN fornisce ai fisici europei gli strumenti necessari per esplorare la struttura intima della materia e delle forze che la governano, ma anche per studiare la natura dell'Universo, le sue origini e il suo destino. Questi strumenti sono in primo luogo acceleratori, che fanno scontrare i costituenti fondamentali della materia dopo averli accelerati a velocità prossime a quelle della luce, e rivelatori, che rendono visibili le particelle create negli scontri e le loro interazioni.
Struttura del CERN
Sono organi del CERN il Consiglio e il Direttore Generale. Il Consiglio, che è l'autorità alla quale sono demandate tutte le decisioni più importanti, controlla tutte le attività del CERN in materia scientifica, tecnica e amministrativa ed è formato da 2 rappresentanti per ogni stato membro e dai loro consulenti. Il Consiglio è assistito dal Comitato per la Politica Scientifica, formato da 8 scienziati, e dal Comitato Finanziario, formato dai rappresentanti degli stati membri. Il Direttore Generale, nominato dal Consiglio, è assistito dal Direttorato, che gestisce i Laboratori attraverso una struttura a Dipartimenti. Questi, dal gennaio 2004, sostituiscono le precedenti Divisioni. Aderiscono al CERN 20 stati europei, ma partecipano alle sue attività, in svariati modi, diversi stati non europei. Sono membri del CERN (2005): Austria, Belgio, Bulgaria, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Italia, Norvegia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Slovacchia, Spagna, Svezia, Svizzera e Ungheria. Gli stati membri hanno doveri e privilegi particolari. Contribuiscono al capitale e ai costi dei programmi del CERN e sono rappresentati nel Consiglio. Alcuni stati, o organizzazioni internazionali, che non possono avere lo status di Membri sono presenti nel CERN come Osservatori. Gli Osservatori possono essere presenti nel Consiglio e accedere ai documenti dell'Organizzazione. Utilizzano le strutture del CERN anche scienziati di 220 Istituti e Università di stati non membri. I fisici e gli stati di paesi membri e non membri sono responsabili del finanziamento, della costruzione e della gestione degli esperimenti a cui collaborano. La parte principale del bilancio del CERN viene spesa per la costruzione di nuove macchine, soprattutto l'LHC, e quindi può contribuire solo parzialmente alla gestione degli esperimenti. I Paesi e le organizzazioni con lo status di Osservatori sono la Commissione Europea, l'India, Israele, il Giappone, la Russia, la Turchia, l'UNESCO e gli Stati Uniti. Partecipano ai programmi del CERN l'Algeria, l'Argentina, l'Armenia, l'Australia, l'Azerbaigian, la Bielorussia, il Brasile, il Canada, la Cina, la Corea del Sud, la Croazia, Cipro, l'Estonia, la Georgia, l'Islanda, l'Iran, l'Irlanda, il Messico, il Marocco, il Pakistan, il Perú, la Romania, Serbia e Montenegro, la Slovenia, il Sud Africa, Taiwan e l'Ucraina.
Storia del CERN
La storia del CERN segna la storia della fisica moderna. La creazione di un Laboratorio scientifico europeo per la fisica, che riportasse l'Europa a una posizione di eccellenza mondiale, fu proposta nel 1949 da L.V. de Broglie, uno dei padri della fisica moderna. Alla Conferenza dell'UNESCO del 1953, 11 Paesi europei decisero di costituire provvisoriamente un Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire e scelsero come sito del Laboratorio europeo una località vicina a Ginevra. La sigla CERN fu poi mantenuta anche quando il Conseil divenne Organizzazione. Nel dicembre del 1957 cominciò a funzionare la prima macchina del CERN, un sincrociclotrone che accelerava protoni all'energia di 600 GeV. Il 5 febbraio 1960 fu inaugurato il grande protosincrotrone, PS, da 28 GeV, che restò per un certo tempo l'acceleratore più potente del mondo. Nel gennaio del 1963 fu assemblato al CERN, il primo grande rivelatore, una camera a bolle di 2 m che aprì la strada maestra della fisica del neutrino. Nello stesso anno i laboratori del CERN si estesero anche nel territorio francese e fu decisa la costruzione degli Intersecting Storage Rings (ISR), il primo anello collisore del mondo per protoni, in cui si scontravano due fasci di protoni. Fu poi decisa anche la costruzione della camera a bolle a liquido pesante da 3,7 metri, Gargamelle, che fu equipaggiata con il magnete più grande del mondo per curvare le traiettorie delle particelle cariche. Nel 1968, l'invenzione al CERN della camera multifili MPC o Multiwires Proportional Chamber (vedi camera) e della camera a deriva o drift chamber (vedi camera), rivoluzionò i rivelatori elettronici di particelle. Nel 1971 venne poi approvata la costruzione di un secondo laboratorio con la realizzazione del SuperProtoSincrotrone (SPS), un sincrotrone per protoni dotato di una circonferenza di 7 km e un'energia dei protoni accelerati di 300 GeV. Intanto, nel 1973 furono osservate per la prima volte nella camera a bolle Gargamelle le correnti deboli neutre, la prima prova sperimentale della validità della teoria dell'unificazione elettrodebole. Costruito il grande collisore ISR, i primi esperimenti mostrarono che i protoni hanno una struttura interna, chiaro segno della loro composizione a quark. Il 17 giugno 1976 l'SPS accelerò per la prima volta un fascio di protoni a 400 GeV e alla fine del 1978 il picco di energia raggiunge i 500 GeV. Il successo ottenuto nell'accumulare fasci di protoni di alta intensità aprì la strada alla conversione dell'SPS in un collisore per protoni e antiprotoni. Con una tecnica rivoluzionaria, detta di raffreddamento stocastico, realizzata con un anello di accumulazione di antiprotoni (AA), fu ottenuta per la prima volta in questa forma un'enorme quantità di antimateria. Nel 1981 i due rivelatori giganti UA1 e UA2 consentirono di osservare le prime collisioni di protoni e antiprotoni all'energia di 270 GeV per fascio, cosicché, nel 1983, venne osservato per la prima volta il bosone Z0. In questo modo al CERN veniva provata la validità della teoria elettrodebole. Nel 1981, intanto, il Consiglio aveva già approvato la costruzione del LEP (Large Electron Positron Collider), un collisore per elettroni e positroni della circonferenza di 27 km in grado di funzionare a 50 GeV per fascio. LEP cominciò a funzionare nell'agosto del 1989, producendo bosoni Z0 in grande quantità e verificando tutti i dettagli della teoria elettrodebole. Nell'ottobre di quello stesso anno i dati raccolti mostrarono che tutta la materia dell'Universo è formata da tre sole famiglie di leptoni e di quark. Mentre il LEP contribuiva a scrivere la storia della fisica del sec. XX, nel 1994, Tim Berners-Lee, lavorando al CERN con Robert Cailliau, propose un sistema di informazione distribuita basato su un ipertesto, un modo di collegare pezzi di informazione distribuita su computer diversi. Per il sistema venne scelto il nome di World Wide Web, la rete che sarebbe poi divenuta Internet. l primo sito web al CERN - e nel mondo - era dedicato al progetto World Wide Web stesso ed era ospitato sul computer NeXT di Berners-Lee. Nel 2013, il CERN ha lanciato un progetto per ripristinare questo primo sito web in assoluto: info.cern.ch. Diversi capitoli della fisica, ancora da scrivere, furono lasciati a una nuova grande macchina, unica al mondo per potenza e per ambizioni: nel febbraio del 1994 il Consiglio approvò la costruzione, nello stesso tunnel sotterraneo del LEP, del collisore per protoni LHC, Large Hadron Collider. Intanto tra il 1989 il 1993 i quattro giganteschi rivelatori del LEP (ALEPH, DELPHI, L3 e OPAL) avevano osservato il decadimento di 10 milioni di particelle Z0. Nel settembre del 1995, il CERN iniziò la produzione di un gran numero di atomi di antimateria, non più solo antiprotoni, ma interi antiatomi, aprendo così la strada per lo studio degli antimondi. Nel 1997 anche gli Stati Uniti, che avevano rinunciato alla costruzione di una macchina come l'LHC, firmarono per un contributo di 531 milioni di dollari per la costruzione della macchina europea, divenendo così stato osservatore del CERN. Nel 2001, per non rubare più tempo all'LHC, il LEP venne smantellato e cominciò la costruzione della nuova grande macchina. Nel 2008 l'LHC veniva messo in funzione e nel 2010 avvenivano le prime collisioni tra nuclei. L'esperimento denominato ATLAS, per verificare l'esistenza del bosone di Higgs, arrivava a ottimi risultati nel luglio del 2012, quando per la prima volta veniva individuata la "particella di Dio". Nell'aprile del 2015 dopo un paio d'anni di aggiornamenti e revisioni l'LHC veniva messo ancora in funzione. Il progetto High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) mira ad aumentare le prestazioni dell'LHC al fine di aumentare il potenziale di scoperte dopo il 2027. L'obiettivo è incrementarela luminosità di un fattore 10 oltre il valore di progettazione dell'LHC. La luminosità è un indicatore importante delle prestazioni di un acceleratore: è proporzionale al numero di collisioni che si verificano in un dato periodo di tempo. Maggiore è la luminosità, più dati possono raccogliere gli esperimenti per consentire loro di osservare processi rari. L'LHC ad alta luminosità, che dovrebbe essere operativo dalla fine del 2027, consentirà ai fisici di studiare meccanismi noti in modo più dettagliato, come il bosone di Higgs, e di osservare rari nuovi fenomeni che potrebbero rivelarsi. Ad esempio, l'LHC ad alta luminosità produrrà almeno 15 milioni di bosoni di Higgs all'anno, rispetto ai circa tre milioni dell'LHC nel 2017. Il progetto High-Luminosity LHC è stato annunciato come la massima priorità della strategia europea per la fisica delle particelle nel 2013.