Cern, via alle collisioni di particelle a energia record. Addio profeti di sventura!

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) olandese. Mercante di tessuti e scienziato. Di certo non fu lui a inventarlo, ma è stato uno dei pionieri nell’usarlo. Parliamo del microscopio, nell’ultima parte del XVII secolo. Come spesso accade, il suo successo è il risultato di pazienza, passione, conoscenza e molto lavoro. Dopo avere molato e lucidato più di cinquecento lenti riesce a costruire un microscopio con un ingrandimento di 270 volte. Per la prima volta nella storia dell’umanità si riescono a vedere oggetti della dimensione di un milionesimo di metro. Van Leeuwenhoek vede e descrive i batteri, la brulicante vita in una goccia d’acqua, la circolazione dei globuli nel sangue in capillari. Tutte cose sempre esistite, forse immaginate, mai viste prima. Lo strumento “microscopio” ha aperto le porte alla scienza moderna. Dopo avere guardato attraverso il suo oculare nulla è stato più come prima.

Oggi abbiamo a che fare con un altro strumento che ci consente di vedere l’invisibile, tempi e mondi mai visti prima e nulla sarà come prima: Lhc, Large Hadron Collider, l’acceleratore del Cern di Ginevra. Le sue dimensioni sono da record. Un anello lungo 27 chilometri, in cui viene fatto il vuoto, raggiungendo valori più bassi di quelli dello spazio siderale, costituito da migliaia di magneti superconduttori -1232 sono dipoli lunghi 15 metri e piegano il cammino dei fasci di particelle, mentre altri 392 sono quadrupoli, della lunghezza dai 5 ai 7 metri e li collimano, tutti raffreddati a elio liquido alla temperatura di – 271,3 °C, ovvero 1,9 °K – che guidano la traiettoria dei treni di particelle ad alta energia che viaggiano l’uno contro l’altro a velocità prossima a quella della luce grazie a delle opportune strutture di accelerazione. Per essere precisi, appena prima che la collisione avvenga interviene un terzo tipo di magnete il cui compito è di comprimere le particelle in modo da aumentare la probabilità di collisione. Per capire la sfida ingegneristica, basti pensare che la difficoltà di fare collidere le particelle è analoga a sparare due aghi distanti fra loro dieci chilometri in modo da farli andare a sbattere, punta contro punta, a metà strada. Ogni anno servono 1,3 terawattore di energia elettrica, equivalente ai bisogni annuali di elettricità di 300mila abitazioni.

L’Lhc è una macchina in evoluzione continua dal 2008, quando venne avviato il primo Run, la prima campagna di ricerca. Cresce l’energia di collisione, arrivata oggi a 13 mila miliardi di elettronvolt, quasi il doppio di quella di partenza e cresce la capacità di acquisire e analizzare i dati sperimentali. Se la grande camera a bolle nei suoi 11 anni di vita dal 1973 al 1984 ha raccolto 6,3 milioni immagini di eventi, oggi la stessa quantità di informazioni la si registra in meno di due ore.

Ci sono voluti due anni di lavoro, 400mila viaggi dell’ascensore per raggiungere, 100 metri sotto terra, il tunnel dov’è installata la macchina, per riaccendere il 3 giugno scorso il più grande e potente acceleratore di particelle al mondo e fare circolare, in direzione opposta, a velocità prossima a quella della luce, “convogli” di protoni ognuno con un’energia pari a 6,5 TeV. Piuttosto frequentati visto che ogni treno contiene circa 100 miliardi di protoni. Dai sei convogli attuali, si passa a regime a 2808 per fascio, il che consente di produrre fino a 1 miliardo di collisioni al secondo. Tutto questo per scoprire nuove frontiere della fisica, per migliorare la nostra conoscenza della struttura fondamentale della materia. Il Run1 si è concluso con la scoperta del bosone di Higgs, o meglio di una famiglia di bosoni di tipo Higgs, compreso quello di Higgs, la particella che costituisce l’evidenza più semplice del meccanismo di Brout-Englert-Higgs, dal nome degli scienziati che l’hanno ideato, che assegna alle particella una massa. Mancava all’appello del Modello Standard, teoria che spiega le particelle fondamentali e le forze che si esercitano fra loro: elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole. Peccato però che non include la forza a noi più conosciuta nella vita di tutti i giorni, quella gravitazionale. Una forza strana se confrontata con le altre tre perché molto più debole. Forse troppo.

Il Modello Standard non risponde a domande piuttosto interessanti: cos’è la materia oscura?; Cosa è successo all’antimateria dopo il Big Bang? La supersimmetria è un’estensione teorica necessaria? In altre parole il Modello Standard è incompleto o forse sbagliato? In fisica una teoria è vera fino a che non si dimostra, in base a dati sperimentali, che è falsa. I dati sperimentali sono quelli che fornisce la macchina del Cern. Che è anche una macchina del tempo. Il bosone di Higgs appare sulla scena dell’universo un centesimo di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, che si fa risalire a 13,7 miliardi di anni fa. Per cercare di capire perché la forza di gravità sia molto più debole di altre forze, occorre tornare indietro a un millesimo di miliardesimo di secondo dopo il grande botto per andare a cercare le particelle di Kaluza-Klein che “esistono” in una dimensione diversa dalle quattro che conosciamo e che possono costituire, almeno in parte, la materia oscura e che sono particelle pesanti, partner di quelle ordinarie. L’esistenza di altre dimensioni può spiegare la debolezza che percepiamo della forza di gravità perché, di fatto, esercita la sua forza anche in altre dimensioni di cui sopra. Semplice no?

L’asimmetria tra materia e antimateria obbliga a tornare molto più indietro nel tempo, a 10 miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di secondo dopo il Big Bang, ovvero a zero virgola 28 zeri e 1 secondo, ovvero a 10 elevato alla meno 28 secondi. A quel tempo si è messo in posto il meccanismo che ha generato l’asimmetria che riscontriamo oggi fra materia e antimateria, grazie al quale noi e tutto l’universo esistiamo. Non c’è motivo di pensare che quando si è verificata l’esplosione iniziale ci sia stata una quantità diversa di materia e di antimateria. Quindi deve essere esistito o forse esiste questo meccanismo. Non abbiamo la minima idea di che meccanismo sia.

Per rispondere alla domanda su cosa sia la materia oscura dobbiamo andare ai 10 elevato alla meno 30 secondi (mille miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di secondo) e andare a cercare Susy. I fisici hanno una certa dose di umorismo e adorano gli acronimi. Susy sta per SuperSymmetry, teoria della fisica delle particelle che mette in relazione due classi di particelle elementari, i bosoni e i fermioni. Ogni particella di un gruppo è associata a una particella dell’altro, battezzato superpartner. Peccato però che fino a oggi non siano mai stati osservati. Il Run2 li va a cercare anche perché sono candidate a costituire la materia oscura…

Insomma l’attesa è finita. La macchina è in funzione, meglio e più potente di prima. Ora si tratta di lavorare. Nessuno si aspetta risultati immediati, ci vorranno anni, come ci sono voluti per il bosone di Higgs.

Buon segno che non ci siano stati i ricorrenti commenti sul costo e sul tempo necessario per fare funzionale la macchina e il Cern. Forse si comincia a capire che le ricadute, anche se non immediate, sono di grande importanza. Forse si è finalmente imparato che il World Wide Web non esisterebbe se non ci fosse stato Tim Berners Lee che lavorava al Cern, per l’appunto.

Strano che non siano di nuovo tornati a parlare i profeti di sventura che dichiarano che esiste la possibilità che nel corso delle collisioni si generi una particella imprevista, onnivora, che divorerà la materia, trasformando tutto e tutti in energia. Altri hanno parlato della formazione nella pancia di Ginevra di un buco nero che risucchierà, anche in questo caso, tutto e tutti. Non avremo nemmeno la consolazione di un bel fuoco d’artificio visto che saremo ingoiati dalla gravità, dal buio assoluto.

Tutto vero. Sono eventi possibili. Fortuna però che sono anche eventi a bassissima probabilità, talmente bassa che esistono tantissime altre catastrofi dall’esito totalmente infausto molto più probabili. Il che giustifica lo svolgimento dell’esperimento. Sia ben chiaro. Ogni esperimento ha un rischio associato. Può essere bassissimo quanto si vuole, ma non è mai pari a zero. Se un esperimento ha rischio zero è perché già se ne conosce il risultato. Allora, per definizione, non è più un esperimento.

Come disse il sommo poeta nel canto XXVI, raccontando l’ultimo viaggio di Ulisse: “Considerate la vostra semenza: fatti non foste a viver come bruti, ma per seguir virtute e canoscenza”.

Qualcuno dice che occorre anche considerare la nostra scemenza.

Vero, solo così si evitano le sciocchezze.

Spero vi siate divertiti e incuriositi nel leggere questo commento. Non perdete tempo a sparare sul pianista. Spendetene un po’ a cercare in rete approfondimenti e altre informazioni. Ne vale la pena e diminuisce la scemenza.