Un magnete superconduttore
L’11 maggio scorso un magnete della lunghezza di 13 metri e del peso di 19 tonnellate ha cominciato il suo viaggio intercontinentale per raggiungere il CERN, Centro Europeo Ricerche Nucleari. Il luogo di partenza è Chicago, Illinois, e più precisamente il laboratorio Fermilab. Il magnete superconduttore è destinato a essere parte integrante del nuovo acceleratore di particelle LHC che sarà costruito al CERN di Ginevra ed entrerà in funzione nel 2007.
«Il primo magnete proveniente dal Fermilab è un simbolo tangibile dell’importante collaborazione dei nostri due laboratori», commenta il direttore generale del CERN Robert Aymar. «LHC è una grande impresa, ed è stato il centro della collaborazione tra il CERN, gli Stati Uniti e altri Paesi di tutto il mondo. Il suo successo dipende dall’opportunità di acquisire il maggior numero possibile di conoscenze e di tecnologie all’avanguardia dal Fermilab e dagli altri collaboratori.»
Il magnete superconduttore è solo il primo di 27 che presto compiranno lo stesso viaggio della durata di tre settimane, per strada e via mare. Questa può essere considerata una spedizione di prova, per assicurarsi che il trasporto non abbia conseguenze sulla funzionalità dei preziosi componenti dal valore di un milione di dollari l’uno. Altri 18 simili, ma più corti, sono stati progettati nel laboratorio giapponese KEK e saranno assemblati al Fermilab per poi essere spediti con le stesse modalità dei precedenti. «Questi magneti stanno spingendo al limite la tecnologia della superconduzione. Rappresentano il culmine di una collaborazione tra scienziati e ingegneri del CERN e del Fermilab, e sono elementi chiave nel portare LHC al raggiungimento del suo obiettivo», dice Lyn Evans, capo progettista di LHC al CERN.
LHC sta per “Large Hadron Collider” che significa “Grande Collisore di Adroni”, dove il termine “adroni” indica le particelle più pesanti, quali i protoni e i neutroni. Sarà un acceleratore circolare con una circonferenza di 27 chilometri, si troverà a una profondità di 100 metri, consterà di 1232 magneti a due poli per la guida dei fasci di particelle e 400 magneti a quattro poli per la focalizzazione degli stessi. Lavorerà a una temperatura di circa 300 °C al di sotto di quella ambiente per rendere possibile la superconduzione dei magneti e permetterà di raggiungere, nelle collisioni, un’energia di 14 TeV, superando in prestazioni il Tevatron del Fermilab, l’acceleratore più potente attualmente in funzione. Verrà costruito nello stesso tunnel che oggi ospita il LEP (Large Electron Positron Collider), con conseguenti riduzioni di costo, alle quali contribuirà anche l’impiego della catena di acceleratori tuttora in uso presso il centro europeo di ricerche nucleari.
La missione di LHC sarà di svelare alcuni dei misteri cha ancora avvolgono l’origine, la costituzione e il futuro dell’Universo. Tra essi, indubbiamente, il mistero della cosiddetta “materia oscura” è uno dei più affascinanti. Da qualche tempo gli astronomi hanno scoperto che la materia conosciuta rappresenta soltanto il 5% di quella esistente nell’Universo; del restante 95%, sappiamo soltanto che è materia oscura, ovvero che non emette radiazione elettromagnetica e non può, quindi, essere rilevata direttamente. La sua individuazione è indiretta e possibile grazie all’osservazione di anomalie nell’attrazione gravitazionale tra le stelle all’interno delle galassie: alcune stelle, cioè, sembrano muoversi più velocemente di quanto dovrebbero nel caso in cui fossero sotto l’influenza della sola materia conosciuta presente nella galassia di cui fanno parte. Dunque, oltre alla materia che ebbe origine dai quark e dai leptoni, quella ordinaria per intenderci, subito dopo il Big Bang si sarebbe formato un altro tipo di materia. La teoria della grande unificazione predice l’esistenza di “superparticelle” che costituirebbero tale materia, ma che finora non sono state osservate. La ragione di ciò risiede probabilmente nel fatto che, pur essendosi costruiti grandi acceleratori in più parti del mondo, non sono state ancora raggiunte densità di energia sufficientemente alte da essere rappresentative di quelle che si verificarono immediatamente dopo il Big Bang. La costruzione di LHC, proprio per il suo incremento nella potenza di collisione, potrebbe permettere di fare il salto necessario per riuscire a osservare queste superparticelle.
Ma svelare l’identità della materia oscura non sarà l’unico obiettivo di LHC. Al contempo, si spera di poter trarre elementiper dare una risposta a domande quali: perché, se materia e antimateria sono sempre create in ugual quantità, al momento del Big Bang non si annichilirono? Quale fu la funzione delle due famiglie secondarie di quark e leptoni che vissero soltanto alcuni milionesimi di secondo dopo il Big Bang e poi si trasformarono nella famiglia principale che costituisce la materia che noi conosciamo? Perché il valore della massa varia ampiamente da particella a particella? È possibile una grande unificazione dei quattro tipi di interazione (gravitazionale, elettromagnetica, debole e forte) esistenti in natura?
Tra questi esperimenti, uno dei più attesi è sicuramente quello pensato per individuare l’esistenza di quella che il premio Nobel americano Leon Lederman ha chiamato “la particella di Dio”, tecnicamente il bosone di Higgs, responsabile del diverso valore di massa delle particelle elementari. Se sarà osservata, il modello standard, che attualmente spiega e predice le interazioni tra le varie particelle, riceverà un’importante conferma. Forse, però, come è già accaduto, i risultati più interessanti verranno senza essere cercati. In ogni caso, le scoperte in campo scientifico che LHC permetterà di fare saranno soltanto uno dei frutti della sua realizzazione. Si può stare certi infatti che, come sempre accade nel caso di progetti di questa portata, saranno molte e fruttuose le ricadute in campo tecnologico
Gianluca Fontana e Margherita Palonca
Al CERN di Ginevra - il luogo in cui ha visto la luce il World Wide Web, la più nota delle ricadute tecnologiche legate al centro di ricerca, - è stato sviluppato DataGrid, un nuovo supporto informatico per i laboratori europei che si occupano di ricerca scientifica. L’idea è nata pensando alla mole di dati che sarà necessario elaborare quando sarà ultimato e messo in funzione LHC. I rivelatori associati ai cinque esperimenti di LHC, infatti, dovranno gestire una quantità di informazioni pari all’incirca a quella attualmente smaltita dall’intera rete europea di telecomunicazioni. Per riuscire ad analizzare in tempo utile i dati raccolti servirebbe un computer di dimensioni enormi. Come alternativa alla realizzazione di questo supercomputer, gli informatici del CERN hanno pensato di collegare in una rete migliaia di computer appartenenti a diversi centri di ricerca. Nelle ore della giornata durante le quali non sono utilizzati dai ricercatori, i computer possono essere sfruttati per eseguire complicati calcoli scientifici. DataGrid è diventato operativo alla fine del mese di marzo e già fornisce un valido supporto a molti laboratori europei appartenenti ai ventuno istituti che hanno aderito al progetto in otto paesi diversi. L’enorme successo riscosso ha indotto la Commissione europea ad avviare la realizzazione di una rete di calcolo permanente.
(Gianluca Fontana)
11 giugno 2004