Spiegazione: cos’è il Large Hadron Collider, che ora è pronto per cercare risposte a domande fondamentali nella fisica delle particelle?

Il Large Hadron Collider (LHC), il collisore di particelle più potente del mondo, inizierà a distruggere i protoni insieme a livelli di energia senza precedenti a partire dal 5 luglio.

Gli scienziati registreranno e analizzeranno i dati, che dovrebbero fornire prove di “nuova fisica” – o fisica al di là del modello standard della fisica delle particelle, che spiega come interagiscono i mattoni della materia, che è governata da quattro forze fondamentali.

LHC

Il Large Hadron Collider è una complessa macchina gigante progettata per studiare le particelle che sono i più piccoli elementi costitutivi conosciuti di tutte le cose.

Strutturalmente, è una pista anulare di 27 km interrata a 100 m sotto il confine franco-svizzero. Nel suo stato operativo, spara due fasci di protoni quasi alla velocità della luce in direzioni opposte all’interno di un anello di elettromagneti superconduttori.

Il campo magnetico generato dagli elettromagneti superconduttori mantiene i protoni in un raggio stretto e li dirige completamente mentre viaggiano attraverso i tubi del raggio e infine si scontrano.

“Appena prima della collisione, viene utilizzato un altro tipo di magnete per ‘comprimere’ le particelle l’una vicina all’altra per aumentare le possibilità di collisione. Le particelle sono così piccole che il compito di farle scontrare è come sparare a due aghi a 10 chilometri di distanza l’uno dall’altro, quindi che si incontrano a metà strada”, secondo l’organizzazione europea per la ricerca nucleare (originariamente Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, o CERN, in francese), che gestisce il complesso dell’acceleratore di particelle che ospita l’LHC.

Poiché i potenti elettromagneti del Large Hadron Collider trasportano all’incirca la stessa quantità di corrente di un fulmine, devono rimanere freddi. L’LHC utilizza un sistema di distribuzione dell’elio liquido per mantenere i suoi componenti critici ultrafreddi a -271,3 gradi Celsius, più freddi dello spazio interstellare. Dati questi requisiti, non è facile riscaldare o raffreddare la macchina a portale.

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Tre anni dopo la chiusura del collisore per manutenzione e aggiornamenti, il collisore è stato nuovamente messo in servizio ad aprile. Questa è la terza orbita del Large Hadron Collider e, da martedì, girerà 24 ore su 24 per quattro anni a livelli energetici senza precedenti di 13 TeV. (Un TeV è 100 miliardi, o 10-potenza-di-12, elettronvolt. Un elettronvolt è l’energia data a un elettrone accelerandolo attraverso 1 volt di differenza di potenziale elettrico.)

“Miriamo a fornire 1,6 miliardi di collisioni protone-protone al secondo al secondo” per gli esperimenti ATLAS e CMS, ha affermato Mike Lamont, Head of Accelerators and Technology al CERN, Mike Lamont. Questa volta, i fasci di protoni saranno ridotti a meno di 10 micron – lo spessore di un capello umano è di circa 70 micron – per aumentare il tasso di collisione, ha affermato.

(ATLAS è il più grande esperimento di rilevamento di particelle per uso generale presso l’LHC; l’esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) è una delle più grandi collaborazioni scientifiche internazionali nella storia e ha gli stessi obiettivi di ATLAS, ma utilizza un diverso design del sistema magnetico. )

Corse precedenti e scoperta delle “particelle di Dio”

Dieci anni fa, il 4 luglio 2012, gli scienziati del CERN hanno annunciato al mondo la scoperta del bosone di Higgs o “particella di Dio” durante la prima operazione del Large Hadron Collider. Questa scoperta ha concluso la ricerca decennale di particelle subatomiche “portatrici di forza” e ha stabilito l’esistenza del meccanismo di Higgs, una teoria avanzata a metà degli anni ’60.

Ciò ha portato Peter Higgs e il suo collaboratore François Englert a ricevere il Premio Nobel per la fisica nel 2013. Si ritiene che il bosone di Higgs e il campo energetico associato abbiano svolto un ruolo fondamentale nella creazione dell’universo.

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La seconda corsa del Large Hadron Collider (la seconda corsa) è iniziata nel 2015 ed è durata fino al 2018. La seconda stagione di raccolta dati ha prodotto cinque volte più dati rispetto alla prima corsa.

Il round 3 avrà 20 volte più collisioni rispetto a Run 1.

nuova fisica

Dopo la scoperta del bosone di Higgs, gli scienziati hanno iniziato a utilizzare i dati raccolti come strumento per guardare oltre il Modello Standard, che è attualmente la migliore teoria degli elementi costitutivi fondamentali dell’universo e delle loro interazioni.

Gli scienziati del CERN affermano di non sapere cosa rivelerà Run 3; La speranza è quella di utilizzare le collisioni per far avanzare la comprensione della cosiddetta “materia oscura”.

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Si pensa che questa particella speranzosa e difficile da rilevare costituisca la maggior parte dell’universo, ma è completamente invisibile perché non assorbe, riflette o emette luce.

“Gli scienziati del CERN sperano che venga rilevato, anche se transitoriamente, nei detriti di miliardi di collisioni, proprio come il bosone di Higgs”, ha detto a Reuters Luca Malgiri, scienziato dell’Organizzazione europea per la ricerca nucleare.

Elma Zito

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