INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
ATLAS collaboration
Traduzione dell’articolo di Sarah Charley apparso su Symmetry Magazine il 30/06/2017:
http://www.symmetrymagazine.org/article/whats-really-happening-during-an-lhc-collision
Più che una collisione, una sinfonia
Il Grande Collisore di Adroni (LHC) è veramente grande. Con una circonferenza di 17 miglia, è il più grande collisore del pianeta. Ma l’ultima parte del suo nome è un po’ fuorviante. Questo perché, più che gli adroni, ciò che collide in LHC sono le minuscole parti in essi contenute.
Gli adroni sono particelle fatte di quark e gluoni. I gluoni sono i portatori della forza nucleare forte, la quale permette ai quark di rimanere uniti, legandoli in un’unica particella. Il principale combustibile di LHC sono gli adroni detti protoni. I protoni sono costituiti da tre quark e da un numero indefinibile di gluoni. (I protoni a loro volta formano gli atomi, i mattoni che compongono tutto ciò che ci circonda).
Se un protone venisse ingrandito sino ad assumere le dimensioni di un pallone da basket, apparirebbe vuoto. Proprio come gli atomi, i protoni sono fatti principalmente di spazio vuoto. I singoli quark e gluoni presenti al loro interno sono estremamente piccoli, meno di un 1/10,000 della grandezza dell’intero protone.
“L’interno di un protone somiglierebbe all’atmosfera intorno a noi”, afferma Richard Ruiz, teorico presso la Durham University. “Si tratta di un mix di spazio vuoto e microscopiche particelle che, a tutti gli effetti, non hanno un volume fisico”.
“Ma se metti queste particelle dentro un palloncino, lo vedrai espandersi. Sebbene le particelle all’interno siano microscopiche, esse interagiscono ed esercitano una forza su ciò che le circonda, producendo inevitabilmente qualcosa che invece presenta un volume osservabile”.
Dunque com’è possibile far collidere due oggetti costituiti essenzialmente di spazio vuoto? Non si può. Fortunatamente, non è necessaria una collisione classica per liberare tutto il potenziale di una particella.
In fisica delle particelle il termine “collidere” può significare che due protoni scivolano l’uno attraverso l’altro e che le loro componenti fondamentali passano così vicine da poter comunicare. Se le loro voci risultano abbastanza alte e risuonano nel modo giusto, riescono a pizzicare campi nascosti nel profondo, i quali risponderanno con la propria melodia – producendo nuove particelle.
“Si avvicina molto alla musica”, dice Ruiz. “L’intero universo è una sinfonia di complesse armonie che si chiamano e si rispondono reciprocamente. Siamo in grado di riprodurre facilmente i semi-toni, che corrisponderebbero ai fotoni e ai muoni, ma alcune note sono così alte da richiedere un’enorme quantità di energia e condizioni molto specifiche per poter risuonare”.
Lo spazio è pervaso di campi dormienti che – se fatti vibrare con la giusta quantità di energia – in modo repentino danno vita a una particella. Questi campi giocano un ruolo importante, ma quasi sempre operano dietro le quinte. Il campo di Higgs, ad esempio, interagisce costantemente con altre particelle aiutandole ad acquisire massa. Tuttavia, una particella Higgs si manifesterà solo se il campo viene pizzicato con la giusta risonanza.
Quando i protoni si incontrano in una collisione a LHC, si disgregano e fuoriescono i quark e i gluoni. Essi interagiscono ed estraggono dallo spazio ulteriori quark e gluoni, che infine formano una pioggia di adroni ad alta velocità.
Questa simbiosi subatomica viene agevolata da LHC e registrata nell’esperimento, ma non è limitata al solo laboratorio; le particelle subiscono l’accelerazione anche da parte di sorgenti cosmiche, quali i resti di una supernova. “Questo accade in ogni parte dell’universo”, prosegue Ruiz. “LHC e i suoi esperimenti non fanno nulla di speciale in tal senso. Si configurano più come una grande sala concerti che fornisce l’energia necessaria ad aprire e a registrare la sinfonia contenuta in ogni singolo protone”.
Traduzione a cura di Camilla Paola Maglione, Ufficio Comunicazione LNF