LHC

sm. [dall'inglese Large Hadron Collider]. Anello di collisione per protoni del CERN costruito nello stesso tunnel in cui era alloggiato il preesistente anello per elettroni e positroni LEP (smantellato nel 2000). L'acceleratore LHC, un tunnel circolare di 27 km, cento metri sotto terra, la cui costruzione è stata decisa al CERN nel 1995 ed è iniziata nel 2000, è stato ideato per far scontrare frontalmente tra loro due fasci di protoni con energia nel centro di massa di 14.000 GeV, ovvero 14 TeV, un'energia di gran lunga maggiore di quella preventivabile in futuro per una qualsiasi macchina analoga sulla Terra. LHC può accelerare anche fasci di nuclei di piombo e portarli a urtarsi frontalmente con un'energia di 1150 TeV. Nei 4 punti di intersezione tra i due fasci di protoni si producono 40 milioni di urti al secondo, e in ogni urto vengono create migliaia di particelle. Le loro tracce vengono osservate da vari sistemi di rivelazione in grado fornire circa 10 milioni di informazioni per ogni urto, corrispondenti a circa un milione di miliardi di byte ogni secondo. La necessità di una grande potenza di calcolo per trattare l'enorme mole di dati prodotti dagli esperimenti e la necessità di distribuire i dati in tutto il mondo, alle centinaia di laboratori e alle migliaia di scienziati partecipanti a ogni esperimento, hanno portato il CERN non solo a sviluppare nuovi metodi di calcolo, ma anche a ideare un nuovo grande progetto di rete informatica mondiale denominata GRID e costituente l'evoluzione del World Wide Web. L'acceleratore LHC dispone di un sistema criogenico di nuovissima concezione a elio liquido, per consentire ai magneti superconduttori che dirigono il fascio di protoni lungo l'anello di funzionare a temperature prossime allo zero assoluto. LHC è stato ideato principalmente per creare e studiare la particella di Higgs, responsabile della massa di tutte le altre particelle, prevista dal Modello Standard, ma che il LEP non è riuscito a rivelare per insufficienza di energia. Un altro degli obiettivi perseguiti da LHC è la scoperta di particelle previste dalle teorie di supersimmetria, teorie che descrivono in un quadro unitario tutte le interazioni della fisica. L'LHC ha in programma diverse grandi esperienze, alcune delle quali prendono nome dai rivelatori disposti nei punti di scontro dei due fasci di protoni diretti in verso opposto. Le quattro principali esperienze (o esperimenti) sono denominate ATLAS, CMS, ALICE e LHCb, che hanno sede in rivelatori costruiti all'interno della struttura. Gli esperimenti ATLAS e CMS da un lato raccoglieranno dati fondamentali per la ricerca della particella di Higgs e dall'altro cercheranno le particelle supersimmetriche previste dalle teorie di supersimmetria, teorie che vanno oltre il Modello Standard. In particolare, il rivelatore e l'esperienza ATLAS ricercano eventi nuovi e imprevisti in uno dei punti di scontro dei due fasci di protoni di altissima energia. Il rivelatore ATLAS, a partecipazione prevalentemente italiana, che ha la capacità di individuare la posizione di una particella con l'accuratezza di 14 millesimi di millimetro, produce un campo magnetico utilizzando 80 km di cavo superconduttore. Anche l'avvolgimento superconduttore del rivelatore CMS, che produce un campo magnetico di 4 tesla nel quale è accumulata una quantità di energia in grado di fondere una tonnellata di acciaio, è di realizzazione italiana. La terza grande collaborazione, ALICE, invece, ha realizzato uno speciale rivelatore, ALICE appunto, dedicato all'osservazione degli eventi prodotti dall'urto frontale di nuclei atomici di piombo accelerati ad altissima energia in modo da creare materia in un nuovo stato di aggregazione costituto dal plasmaquark-gluoni. All'approfondimento delle ragioni per cui nell'Universo non ci sono uguali quantità di materia e di antimateria, com'era all'atto del big-bang, ma si ha praticamente solo materia, è invece dedicato l'esperimento LHCb. Il rivelatore dello stesso nome, il più raffinato per lo studio dei mesoni B, studierà appunto in dettaglio la violazione della simmetria CP, alla quale si attribuisce il residuo di materia dopo l'annichilazione reciproca della massima parte di materia e antimateria originarie.