LHC Q&A 1. Quanto idrogeno? Come si compensa l'effetto della gravità?

La serie di articoletti sul funzionamento di LHC sta avendo un discreto successo, e nei commenti alle diverse puntate spuntano domande come funghi, alle quali tento di rispondere più o meno celermente. Certe domande ritornano, perché - mi rendo conto - andare a scavare tra i commenti per cercare le eventuali risposte alle curiosità che gli articoletti sollevano non è un;impresa comoda. Ho pensato allora di rispondere ad alcune delle domande ricorrenti in qualche articolo dedicato, mano a mano che si accumulano e sembrano generare interesse. Come diceva un saggio a suo tempo:

Non esistono domande stupide e nessuno diventa stupido, fino a che non smette di fare domande.

Q&A è l'acronimo inglese per Questions and Answers, che si usa spesso per cosette del genere. Ma bando alle ciance, iniziamo dai primi due quesiti che ho selezionato, sperando che restiate soddisfatti.

Quanto idrogeno molecolare serve a produrre i protoni che circolano dentro LHC?

Facciamo due conti, arrotondando per eccesso. Se e quando LHC raggiungerà la sua luminosità nominale, nell'acceleratore circoleranno 2808 pacchetti per fascio, da circa 1011 protoni l'uno (dicevo per eccesso, perché per esempio in questi giorni abbiamo due soli pacchetti per fascio, ognuno con molti meno protoni: siamo solo agli inizi). In questa configurazione nominale, fanno più o meno 6 × 1014 protoni in tutto l'acceleratore. La massa di un protone è circa 1 GeV/c2, ovvero 1,6 × 10-24 g: nelle migliori condizioni, all'interno di LHC circola dunque l'equivalente di circa 10-9 g di idrogeno. Dunque, in sostanza, molto poco! Vi lascio fare i conti di quanto idrogeno molecolare corrisponda questa quantità. Guida per i pigri: una molecola di idrogeno contiene due atomi di idrogeno; una mole di idrogeno molecolare contiene circa 6 × 1023 molecole, ergo 12 × 1023 atomi di idrogeno; dentro LHC nelle migliori condizioni circoleranno dunque 0.5  × 10-9 moli di idrogeno molecolare; andatevi a cercare quanto spazio occupa una mole di idrogeno molecolare in condizioni di pressione e temperatura normali, e calcolatevi quanto ne occuperebbe l'idrogeno necessario a formare i fasci di LHC. Ovviamente non tutto è così preciso, e nel processo di accelerazione ci sono perdite e efficienze non perfette da tenere in conto, ma insomma, vi siete fatti un'idea grossolana, e gli ordini di grandezza sono corretti.

Quando viene fatto girare un fascio di protoni, ovvero i pacchetti che lo costituiscono, quali sono i dispositivi che compensano l'accelerazione di gravità che farebbe cadere le particelle come qualsiasi altra cosa sulla terra? Sono particolari configurazioni dei campi magnetici nei magneti superconduttori, e quali?

I magneti che tengono in orbita i fasci e li focalizzano sono più che sufficienti a contrastare la forza di gravità che i protoni del fascio subiscono. Si tratta di un effetto molto piccolo, e la forza necessaria quasi trascurabile (adesso che sapete quanto pesa il totale dei protoni dei fasci di LHC, non dovreste avere troppi problemi a tradurre questa massa in forza necessaria a contrastare la gravità che subisce). Ci sono effetti ben più fastidiosi da compensare: per esempio, essendo i protoni tutti carichi positivamente, non amano molto essere impacchettati insieme in spazi molto piccoli, e hanno tendenza a respingersi per repulsione elettrostatica. Inoltre, mentre viaggiano a quasi la velocità della luce, i protoni di un pacchetto generano un campo elettromagnetico che disturba quelli dei pacchetti vicini, generando delle instabilità e dei moti bizzarri dei fasci, che vanno corretti al volo con un sistema complicato di aggiustamento dei campi magnetici. In generale, i magneti responsabili della focalizzazione dei fasci sono dei quadrupoli, che vengono alternati con direzioni dei campi opposte per focalizzare in entrambe le direzioni trasversali dei fascio.

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39 Commenti

  1. Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 17:58 | Permalink

    ben fatta!
    hai messo un bel po' di carnina sul fuoco 🙂
    sono completamente d'accordo sul modo che hai usato per spiegare le cose e per far prendere coscienza ai non-tecnici di alcune grandezze in gioco 🙂
    ottimo.
    d

  2. Marco M.
    Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 18:12 | Permalink

    Domandina,
    Un protone accelerato al 99,999999 % della velocità della luce(come in LHC giusto?) , aumenta la sua massa apparente;
    Se alla velocità della luce la massa è infinita allora in che ordine di grandezza siamo per i suddetti protoni?

  3. wimp
    Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 18:33 | Permalink

    Qualche piccola domanda (mi scuso in anticipo se gia c'è la risposta da qualche parte ma non l'ho trovata per ora):
    Si sa che le temperature nel percorso di questi "pacchetti" vengono portate vicino allo 0 assoluto ma per quanto riguarda le condizioni di vuoto?
    Le temperature sono portate così in basso per diminuire il "disordine molecolare" e quindi la probabilità di scontri con molecole residue presenti nel tunnel o solo perché sono necessarie ai superconduttori?
    Non ne sono certo ma presumo che venga creato uno stato di vuoto per evitare le collisioni delle particelle contro le molecole dell'atmosfera ma sulla terra il vuoto assoluto è impossibile da creare... Sono possibili collisioni "accidentali" con le molecole residue dell'atmosfera terrestre? in caso affermativo esiste una stima sul loro numero ?

  4. roberto
    Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 20:09 | Permalink

    vorrei provare a rispondere a Marco M. , per vedere quando ne so, quindi non prendere la mia risposta come legge 😀
    la massa che possiamo pensare aumenti è quella inerziale, che si oppone al moto, infatti è sempre più difficile accelerare i protoni quando sono prossimi a c (velocità della luce). Se invece con 'massa' intendiamo anche l'energia, allora siamo a 3.5tev per protone attualmente nell'LHC. 🙂
    Se ho sbagliato qualcosa correggetemi... 😉

  5. Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 20:15 | Permalink

    @wimp
    temperature basse x i superconduttori
    pompe a vuoto per il vuoto... ci sono vari stadi, vari tipi di pompe... non so dirti l'ordine di grandezza esatto della pressione in lhc, ma cerco 🙂 (il vuoto assoluto non esiste, da nessuna parte nell'universo, se non nella testa dei filosofi 😉 )
    sono possibili collisioni accidentali 🙂

  6. wimp
    Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 21:29 | Permalink

    @davide: grazie per la chiarissima risposta. In effetti con "sulla terra" intendevo dire proprio che nessun uomo creerà il vuoto assoluto perché è impossibile non che nello spazio si può fare e sulla terrà no.
    A proposito di accidentale il doppio senso sulla frase riguardo i filosofi è accidentale o voluto (scherzo) ? 😀

  7. Xisy
    Pubblicato il 13 aprile 2010 alle 23:25 | Permalink

    Non so tratta tanto di impossibilità teorica o pratica: se definisci vuoto=assenza di particelle, in contesto classico non vedo difficoltà di principio a rimuovere le particelle da una certa porzione di spazio... ma a livello fondamentale (in teoria quantistica dei campi) il concetto di vuoto stesso diventa problematico.

  8. Antonio
    Pubblicato il 14 aprile 2010 alle 08:00 | Permalink

    @wimp: In realtà le collissioni accidentali con molecole di "non vuoto" (ossia qualsiasi cosa che non siano i protoni da accelerare) sono quantificabili e sono (devono essere) tenute in conto nel design della macchina, ed il loro effetto non è nemmeno trascurabile.

    Se non sbaglio la pressione di LHC è nell'ordine di 10-12mbar...insomma di tutto rispetto!

    Per quanto riguarda invece la domanda sulla gravità terrestre, più che la gravità è il campo magnetico terrestre che incide ed anche notevolmente è quello che deve essere compensato con appositi magneti.

    Chiacchieravo tempo fa con uno degli operatori di LEP (ora in Italia) e mi diceva che la macchina all'epoca funzionava molto meglio la domenica mattina che il sabato per via del fatto che c'era meno traffico a Ginevra e quindi le vibrazioni sul terreno erano meno forti.
    Questo per dire quanto questi macchinoni siano sensibili!

  9. malt
    Pubblicato il 14 aprile 2010 alle 08:35 | Permalink

    Provo a fare un poco di chiarezza sull'idea di massa relativistica, che purtroppo ancora e' molto diffusa vedo 🙂
    Il problema sorge nella definizione della quantita' di moto, che nella meccanica non relativistica e'

    p=m*v (massa*velocita')

    mentre in una trattazione relativistica risulterebbe

    p=gamma*m*v,

    dove gamma e' uno dei coefficienti delle trasformazioni di Lorentz (in verita' queste sono una versione semplificata delle equazioni corrette, che coinvolgono delle derivate, ma andranno benissimo per capire il problema).

    Storicamente la prima interpretazione che si diede conservava la forma della legge fisica, attribendo il fattore gamma alla massa, facendo si che l'impulso relativistico fosse sempre esprimibile nella forma "massa*velocita'", con la massa variabile.
    Questa interpretazione e' problematica per vari motivi (la massa "a riposo" emerge come quantita' invariante per trasformazioni di Lorentz in una trattazione piu' completa), per cui la cosa corretta da fare e' considerare corretta la formula p=gamma*m*v, che soppianta quindi la definizione classica p=m*v a tutte le velocita', in cui la massa e' una costante; la cosa non e' contradditoria perche' per velocita' basse rispetto a quella della luce il fattore gamma tende ad 1, e quindi ritroviamo la definizione che avevamo dato rima di scoprire la relativita' ristretta.

    Sostanzialmente, chiamati a scegliere se far dipendere la massa dalla velocita' o modificare la definizione di quantita' di moto, si deve scegliere questa seconda via per non incappare in problemi e contraddizioni, lasciando al massa costante (o invariante di Lorentz, per usare un linguaggio piu' corretto).

    Spero di esser stato comprensibile 😉

  10. malt
    Pubblicato il 14 aprile 2010 alle 08:38 | Permalink

    errata corridge: per "impulso" leggasi "quantita' di moto", o viceversa se preferite 🙂

  11. Pubblicato il 14 aprile 2010 alle 13:12 | Permalink

    pressione: http://public.web.cern.ch/public/en/LHc/Facts-en.html
    dice dell'ordine di 10^(-13) ("dieci alla meno tredici" tanto per chiarezza)

    @wimp ehm no... il doppio senso non era voluto 😀 ci ho messo un po' per trovarlo 🙂

  12. Pubblicato il 14 aprile 2010 alle 13:17 | Permalink

    @xisy eh... appunto. Direi che la qft ci ha dato abbastanza soddisfazioni (conferme di un mondo quantistico, il nostro) da poter permetterci di dire che un vuoto "classico" non esiste 😀

  13. giovanni
    Pubblicato il 14 aprile 2010 alle 16:58 | Permalink

    Non ho resistito alla tentazione di (tentare di) calcolare l’energia totale dei fasci... se non ho sbagliato qualcosa il fascio a 7GeV dovrebbe avere un’energia di circa 7E+14GeV cioè 1,12+05 Joule. Sempre calcoli permettendo, più o meno come una massa di 150kg lanciata a velocità (non certo relativistica..) di 100 km/h; ma allora tutti i 2808 pacchetti farebbero 3,15E+08 Joule.. come 45 tonnellate a 300 km/h !! non c’è il rischio di trovarsi l'equivalente di un TGV in corsa nella sala ATLAS? 😉

  14. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 08:54 | Permalink

    @Marco M.: ti hanno abbondantemente e correttamente già risposto a proposito della "massa relativistica". Mi permetto di aggiungere una cosa: l'introduzione di questo concetto (sbagliato!) è stata ed è tuttora una iattura per la comprensione della relatività. Ricordo perfettamente quando alle superiori gli insegnanti se la cavavano dicendo: "un corpo non può superare la velocità della luce perché più va veloce più aumenta la sua massa ed è dunque più difficile da accelerare ulteriormente". Orrore! Se fosse veramente cosi`, e se continuasse a valere l'equivalenza tra massa inerziale e massa gravitazionale, allora i corpi in movimento sentirebbero un'interazione gravitazionale maggiore di quando sono fermi. Gia`, ma in che sistema di riferimento? Perché ovviamente la "massa relativistica" sarebbe diversa a seconda del sistema di riferimento di osservazione. Auch, che problema. Quello che invece nessuno si premura mai di dire è che la cosa si risolve a un problema di energia (o di lavoro): ce ne va molta di più per portate un corpo di massa m da 0.1 c a 0.2 c che da 0.2 c a 0.3 c, e in generale maggiore è la velocità, maggiore è l'energia necessaria per incrementarla.

    @Wimp: sulla pressione, ho preso appunti per il prossimo giro di Q&A.

    @Giovanni: sull'energia dei fasci (e i rischi correlati, e i modi per fermare un fascio) avrai a breve un post dedicato, e uno spazio nel prossimo giro di Q&A.

  15. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 09:01 | Permalink

    @giovanni
    attento alle prime due unità di misura 🙂 7TeV -> 7E+12eV e poi 1eV~1.60E-19 J (poi 7TeV è l'energia nel centro di massa, un singolo fascio è a 3,5TeV attualmente... quindi se si scontra contro qualcosa di fermo i conti cambiano un pochino, buona cinematica 🙂 )
    comunque viene fuori una robina non da poco... fino in sala ad atlas non arriva, ma squaglia sicuramente il primo magnete che incontra (spe che cerco una foto...) guarda qui... http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/abdwhb06/PAPERS/WEAZ06.PDF
    tutto con le dovute proporzioni 🙂

  16. Marco M.
    Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 10:05 | Permalink

    Quindi se ho capito bene... sostanzialmente la massa inerziale , che equivale alla massa gravitazionale (o "pesante" come avevo letto su un libro di A. E.) è invariante rispetto alla velocità del corpo.
    è il fattore "gamma" di Lorentz che aumenta in base alla velocità del corpo? Di conseguenza non aumenta la sua energia ?

    Ma se la massa è energia (e viceversa) non dovrebbe quindi variare essa stessa ?

    Credo di essermi incastrato... Spero in delucidazioni

  17. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 10:10 | Permalink

    @Marco M.
    http://it.wikipedia.org/wiki/E%3Dmc²
    vedi in particolare "Uso della massa a riposo" mi pare possa risolvere almeno momentaneamente i tuoi dubbi
    hth

  18. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 11:16 | Permalink

    @Marco M: "la massa è energia" significa - molto approssimativamente - due cose: 1) in certe condizioni puoi trasformare una certa quantità di energia in massa, generando particelle massive dall'energia (per esempio cinetica) a disposizione. È quello che fa in buona sostanza un collisionatore. 2) in certe condizioni puoi trasformare la massa di una particelle in energia, per esempio in certe reazioni nucleari, oppure nell'annichilazione di una coppia particella-antiparticelle, in cui tutta la massa delle particelle viene trasformata in energia. Quello che invece non vuole dire è che, aumentando l'energia totale di un corpo, tu possa aumentarne la massa. La componente cinetica dell'energia dipende infatti dal sistema di riferimento rispetto a ci guardi il corpo in questione, mentre la massa è una caratteristica intrinseca del corpo. Se ti siedi sulla groppa di un protone che viaggia a quasi la velocità della luce nel sistema di riferimento di LHC, beh, in quel particolare sistema di riferimento il protone è a riposo, e la sua energia equivale alla sua massa e nulla più. Questo non impedisce che la sua energia nel sistema di riferimento di LHC sia mooolto maggiore, pur restando la sua massa costante. Come diceva qualcuno poco prima, in gergo la massa è un'invariante di Lorentz, l'energia no. Il che non dovrebbe metterti troppo a disagio, se pensi all'energia di una particella come la somma di una componente costante (l'energia immagazzinata sotto forma di massa) e una variabile (la componente cinetica legata alla velocità). Il fattore gamma non fa che misurare la relazione tra la massa (costante) e l'energia totale (variabile, e dipendente dal sistema di riferimento) del corpo in questione.

  19. Max
    Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 13:39 | Permalink

    La domanda mi sorge spontanea : un protone vicino alla velocità della luce "pesa" di più di uno fermo ? Nel senso.... subisce un' influenza maggiore dalla forza di gravità ?

    Altra domanda, se la prima ha esito positivo : immaginiamo uno ione, supponiamo H- (protone + 2 elettroni orbitanti) accelerato fino a velocità elevate. E' possibile che ad un certo punto l' interazione gravitazionale sia talmente forte da far collassare un elettrone nel protone, alla stregua di quel che succede in una stella di neutroni ? a che velocita' dovrebbe viaggiare ?

    Ciao

    Max

  20. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 14:17 | Permalink

    Max, magari non sono stato chiaro, però mi sembra di aver già risposto alla tua prima domanda nel commento precedente. In breve: no, la massa non dipende dalla velocità del corpo, dunque l'intensità dell'interazione gravitazionale subita rimane la stessa.

    Quanto alla seconda domanda, credo che decada essendo "no" la risposta alla prima. 🙂

  21. Max
    Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 15:08 | Permalink

    Grazie, Marco, non avevo afferrato completamente la cosa 🙂

    Quindi, riassumendo, se io stessi a cavalcioni del famoso protone sparato a quasi la velocità della luce non me ne accorgerei nemmeno ?
    Nessun cambiamento fisico nei miei atomi ? Nessuna maggior difficoltà di movimento, visto che l' inerzia non cambia ?

    Ne avevo discusso in un forum secoli fa (relativamente NON all' LHC, ma il discorso è simile...), ma m'è ancora rimasto un dubbio : sempre supponendo di essere a cavalcioni del famoso protone, ma non da soli, ma accompagnati da tutto l' LHC.
    La fisica dei protoni accelerati da quest' ultimo sarebbe identica che se fosse immobile ? Che relazione ci sarebbe tra la velocità /energia dei protoni nell' LHC relativistico rispetto a quello a terra ?

    Ciao

    Max

  22. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 15:18 | Permalink

    Beh, né tu ne il protone potreste viaggiare esattamente alla velocità della luce, ma questo è un dettaglio 🙂

    In sostanza: no, non te ne accorgeresti. Hai idea della velocità stai viaggiando rispetto, chessò, al centro della galassia? Hai per caso la nausea? Lo stesso vale per i protoni.

    Quanto al resto (la composizione delle velocità in regimi relativistici), ti lascio studiare: http://en.wikipedia.org/wiki/Velocity-addition_formula

  23. Max
    Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 15:33 | Permalink

    Infatti dicevo "quasi" alla velocità della luce 🙂

    Per il resto, so che siamo a velocità enormi rispetto al centro galassia, ma non relativistiche (credo, almeno...), la domanda era relativa alle velocità, appunto, relativistiche.

    Comunque, comincio a pensare che chi dice che l' universo ha una struttura frattale abbia ragione.... non mi stupirei se crescendo ulteriormente di energia con gli acceleratori saltassero fuori nuove famiglie di particelle.

    Ciao e grazie per le risposte 🙂

    Max

  24. Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 15:50 | Permalink

    Bof, posso trovarti un sistema di riferimento (basta che vada sufficientemente lontano nella scelta della galassia) rispetto al quale la velocità siamo abbastanza relativistiche per te 🙂 Ma ti assicuro che già a velocità che mi sembra tu ritenga piccole non puoi fare a meno della relatività nel trattare moti, tempi e velocità.

    Quanto al resto: e che vuol dire che l'universo avrebbe una struttura frattale? Chi lo dice? Quali sono le conseguenze?

  25. Max
    Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 17:25 | Permalink

    Frattale, cioè (se non ricordo male il termine) auto-simile a qualsiasi scala come, appunto, i frattali.
    Nel senso che scendendo di scala prima o poi si ripresentano le stesse strutture e geometrie presenti in scala più grande.
    Conseguenze ? mah ! Sarei curioso di saperlo.
    La più immediata probabilmente sarebbe che non si arriverebbe mai a trovare una fine nella ricerca delle particelle scendendo di scala, quindi i quarks sarebbero composti da sottoparticelle (di cui pare ci sia già qualche evidenza, se non sbaglio... i preoni ?) e via di seguito.
    Se non ricordo male c'era una bella stima di Hawking sull' energia liberata dall' evaporazione di un buco nero microscopico (ogni accenno ai buchi neri è puramente casuale !) che dipenderebbe appunto dall' esistenza o meno di una "fine" nella gerarchia delle particelle. In quella stima (sempre IIRC, e' passato un po' di tempo....) l' energia liberata sarebbe stata di qualche ordine di grandezza superiore nel caso di gerarchia infinita di particelle.

    Poi, ovviamente, ci sarebbero implicazioni fantascientifiche... 🙂

    Ciao

    Max

  26. Xisy
    Pubblicato il 15 aprile 2010 alle 21:57 | Permalink

    State mescolando tre concetti/definizioni di massa un po' diversi tra loro. Inerziale, graviazionale, invariante.

  27. Pubblicato il 16 aprile 2010 alle 08:27 | Permalink

    @Max: mah, mi sembra un po' vago, al limite della fuffa. Dei preoni per adesso non c'è traccia sperimentale, e nemmeno una solida teoria che stia in piedi e ne descriva dignitosamente la dinamica senza introdurre particelle nuove ache avremmo dovuto vedere ma non abbiamo mai visto. La compositeness di quark e leptoni resta un'opzione interessante da esplorare, ma da qui a teorizzare la ripetibilità delle strutture alle diverse scale ce be passa parecchio (e mi sembra appunto più fantascienza che scienza).

    @Xisy: vero, ma sei sicuro che non ne abbiamo il diritto? 🙂 Dell'equivalenza (sperimentale) tra massa inerziale e gravitazionale dovresti sapere. La meccanica classica si accontenta di verificarla, se invece ti allunghi fino alle relatività, allora il principio di equivalenza ti promuove l'evidenza sperimentale a postulato. Quanto alla massa invariante, spiacente, ma quello è solo il nome tecnico che dai a quell'invariante di Lorentz che misura la massa a riposo di un corpo (o, se preferisci, la componente dell'energia di quel corpo legato alla massa a riposo).

  28. Max
    Pubblicato il 16 aprile 2010 alle 09:16 | Permalink

    @Marco : teoria solida ancora no, ma qualche ragionevole dubbio si ... almeno, da quel che avevo letto su alcuni risultati di collisioni un po' strani e spiegabili, appunto, se i quarks fossero composti da altre particelle.
    Non sono comunque daccordo sul fatto che "siccome non le abbiamo viste non ci sono", a mio avviso resta una possibilità degna di approfondimento e piuttosto plausibile.
    Anche l' esistenza di una forza gravitazionale repulsiva su grandi distanze e' solo un'ipotesi, come l' esistenza di materia ed energia oscure di cui si parla tanto ma la cui unica evidenza è che "qualcosa dovrebbe esserci per spiegare la mancanza di massa visibile nell'universo".
    Persino sull' equivalenza tra massa inerziale e gravitazionale ci basiamo su una teoria e su prove sperimentali che potrebbero benissimo essere confutate in futuro così come lo è stata la meccanica classica in passato....

    Che ci piaccia o meno, sia la MQ che la teoria della relatività, pur funzionando benissimo nei rispettivi campi di applicazione sono palesemente incomplete e soprattutto inconciliabili l' una con l' altra.

    A proposito, ho un'ultima curiosità : se dall' LHC non venisse fuori nulla, ne Higgs nè altre particelle nuove, e visto che mi par di capire che la MQ imponga la presenza dell' Higgs nel campo di energie dell' LHC, quali conclusioni si trarrebbero ?

    Max

  29. Pubblicato il 16 aprile 2010 alle 09:33 | Permalink

    Max, quando scrivo "particelle nuove anche avremmo dovuto vedere ma non abbiamo mai visto" intendo proprio quello che dico: sto parlando di teoria dei preoni che prevederebbero particelle aggiuntive di piccola massa con caratteristiche tale che, se esistessero, sarebbero già saltate fuori negli esperimenti da decenni. Mi spiace, ma quella specifica possibilità oggi non è più plausibile.

    Quanto al resto: una cosa è parlare di qualcosa per cui hai un'evidenza sperimentale (le curve rotazionali delle galassie) che non ti torna con la teoria a disposizione e per cui ti tocca inventare una nuova teoria che sia consistente con quello che conosci, e giustifichi la discrepanza (e.g. la materia oscura). Altro è sparare a caso (forza gravitazionale repulsiva?!?) senza tenere conto che ogni nuova ipotesi teorica non deve solo spiegare le specifiche inconsistenze sperimentali, ma anche non contraddire tutto il resto.

    Sull'equivalenza tra massa inerziale e gravitazionale: le precisioni sperimentali attuali sono piuttosto buone 🙂 ergo se una differenza esistesse, dovrebbe essere o mooooolto piccola, o valida solo in regimi mooooolto particolari. Non raccontiamo storie: la meccanica classica non mai stata confutata! E' stata semplicemente dimostrata essere una teoria perfettamente valida solo in certi regimi di energie e velocità. Questo non la rende meno valida o potente.

    Sul "palesemente incomplete" di MQ e RG e la loro inconciliabilità potremmo discutere giorni. Sebbene ci sia del vero in quello che dici, trovo il modo in cui lo dici mi sembra troppo assertivo, e non da il credito sufficiente a due teorie che sono veramente fondanti di tutto quello che conosciamo (e che in quanto tali, proprio come la meccanica classica non saranno confutate, ma al limite dimostrate valide solo in certi regimi, o essere approssimazioni di bassa energia di una teoria più completa).

    Sull'assenza di Higgs e altro a LHC: ho preso nota, mi ci va un post dedicato, e non prima di aver finito tutte le serie introduttive necessarie.

  30. Max
    Pubblicato il 16 aprile 2010 alle 11:35 | Permalink

    Ehila 🙂

    Non volevo essere assolutamente assertivo riguardo all' incompletezza, però mi sembra sia un dato di fatto. Una non spiega le masse (fin'ora) introducendole ad-hoc, nè gli effetti gravitazionali, l' altra non spiega gli effetti quantistici e, da quanto mi risulta, qualsiasi tentativo di combinarle è fallito. Sorvoliamo sulla teoria delle stringhe che mi sembra piuttosto campata per aria e per la maggior parte alquanto indimostrabile, almeno con acceleratori di cui potremmo disporre in un nemmeno tanto prossimo futuro.

    "Incomplete" non significa assolutamente "non valide", così come è incompleta la meccanica classica, pur essendo validissima a basse energie.

    Il discorso della forza gravitazionale repulsiva, invece, mi sembra mooolto meno campato per aria di quanto dici : l' universo pare ormai assodato che sia in espansione accelerata, e quindi quella è una possibilità più che concreta, direi persino più concreta di materia ed energia oscura. Tra parentesi, mi par di ricordare che sia molto compatibile anche con la relatività, il famoso termine che Einstein introdusse all'inizio per poi togliere pentendosene poi... e che sta saltando fuori di nuovo adesso.
    D'altro canto, un'espansione accelerata dell'universo o si spiega così, o con la creazione di nuova materia nello spazio vuoto (ma mi pare che questa sia stata confutata comunque....) o con la presenza di un qualcosa "esterno" all'universo che lo faccia espandere, cosa che mi pare ben più fantascientifica. La presenza di una forza nuova talmente debole da non essere misurabile e che magari aumenti con la distanza dei corpi mi pare plausibile quanto la forza nucleare forte che si comporta come un elastico aumentando con l' aumento della distanza dei quarks. Okkio, non sto affermando che esista, dico solo che è una possibilità tutt'altro che remota, secondo me.

    Cmq, più che "palesemente incomplete" mi verrebbe da dire (non storcere il naso ! 🙂 ) "palesemente errate" in certi ambiti, proprio a causa della loro incompatibilità intrinseca.
    Mentre la relatività ha inglobato la meccanica classica in maniera elegante, la MQ e la relatività proprio non ne vogliono sapere di farsi mettere insieme quindi, a mio parere, o una, o l' altra o entrambe hanno qualcosa di fondo che non va.

    Tornando ai preoni... vero, non sono mai stati visti, salvo che qualche esperimento di scattering (correggimi se sbaglio...) che "pare" abbia mostrato una struttura interna dei quarks. Ok, potrebbero essere stati dati mal interpretati, ma non escluderei la cosa a priori. Dici che le masse dovrebbero essere più piccole dei quark che compongono.... ma ne siamo sicuri ?
    Accettiamo l' ipotesi di energia e materia oscurie senza avere la più pallida idea di cosa siano (o sbaglio ?) e mi dai come improponibile la possibilità dei i preoni nei quali, ad esempio, la massa sia "immagazzinata" sotto qualche nuovo tipo di energia (o forza, se vuoi) mentre si trovano all' interno dei quark ? Non sarei così categorico. Prima della scoperta della struttura atomica, si pensava che l' unica energia contenuta nei corpi fosse chimica e nessuno avrebbe mai pensato che un grammo di materia potesse contenere la stessa energia di tonnelate di carbone.

    Cmq, in effetti, ci sarebbe da discutere per ore 🙂
    Credo che nel (remoto) caso l' LHC riesca a produrre un buco nero microscopico e che la teoria di Hawking sull' evaporazione del medesimo abbia qualche fondamento, potremmo dissipare ogni dubbio su un' eventuale gerarchia infinita di particelle. Peccato che la possibilità sia remota....

    Max

  31. Xisy
    Pubblicato il 16 aprile 2010 alle 23:15 | Permalink

    Ciao,
    ok.. intendevo dire che Max nelle domanda aveva in mente (credo) la massa gravitazionale, tu nelle risposte quella inerziale (poi sì, sono equivalenti, ma questo è un concetto extra). Inoltre, molti pensano alla massa come all'invariante M, ma alcuni (anche fisici!) come al prodotto gamma*M. Insomma, molta confusione.

    Tornando al ruolo della gravità sugli esperimenti LHC.... credo che l'effetto maggiormente apprezzabile sia quello delle forze di marea dovute alla presenza della Luna, che deformano periodicamente la crosta terrestre e quindi anche le linee di accelerazione.

  32. Max
    Pubblicato il 17 aprile 2010 alle 11:27 | Permalink

    @Xisy : vero, intendevo la massa gravitazionale / inerziale.
    Anche xche', come ha detto Marco, ho notato che c'è disinformazione anche tra qualche prof di fisica in proposito del comportamento della massa in regimi relativistici. Tant'è che ai tempi mi era stato insegnato che la "massa" (supponendo in senso gravitazionale e/o inerziale, appunto) aumentasse all' approssimarsi di c, cioè che aumentasse con l' aumento dell' energia cinetica della particella.

    Ciao

    Max

  33. wimp
    Pubblicato il 18 aprile 2010 alle 10:27 | Permalink

    @Xisy: prendo spunto dal tuo intervento per tornare su una domanda che ho già fatto nella speranza di ottenere nuovi interessanti dettagli in proposito: 🙂
    In un documentario una volta ho sentito che le deformazioni dovute alla luna nelle formazioni che ospitano il tunnel di LHC arrivano ad un delta di circa 40cm il che mi sembrerebbe un'assurdità se non fosse che anche altre fonti più attendibili danno un valore inferiore ma sempre in quell'ordine di grandezza e che mi sembra cmq esagerato ovvero 25cm (1/4 di metro!). A cosa è dovuto un effetto così marcato da quelle parti? Una possibile spiegazione potrebbe essere che le acque del lago che circondano buona parte del territorio che ospita LHC quando sono soggette alle maree esercitano forti pressioni sulle formazioni confinanti?

  34. malt
    Pubblicato il 18 aprile 2010 alle 18:33 | Permalink

    @Wimp
    Maree terrestri 😉
    Ai tempi di LEP (stesso tunnel dell'LHC, ma collisore e+e- a 80 GeV circa) anche il livello dell'acqua nel lago (assieme alle suddette maree terrestri) era uno dei fattori che influiva sull'effettiva energia dei fasci a causa delle deformazioni indotte sull'anello.
    Le sole maree portavano ad una variazione di circa 10 MeV dell'energia del fascio, variazione non trascurabile per un acceleratore che aveeva come obbiettivo misure di precisione 🙂

  35. Manu
    Pubblicato il 19 aprile 2010 alle 17:12 | Permalink

    @Xisy: quello che si muove di 25 cm sotto l'effetto delle maree e' la crosta terrestre nella regione di Ginevra. Proprio per questo motivo si e' scavato il tunnel a 100m (in media) di profondita', perche' in tal modo si e' al di sotto della nappe phreatique (in italiano come si dice? Santa pupa sto fuori casa da troppo tempo 🙁 ....credo che sia la falda freatica, ma non ci giuro) cioe' dello strato di acqua presente sotto terra.
    Se non ricordo male, l'effetto globale di queste variazioni era dell'ordine del mm sulla circonferenza del tunnel di LEP. Cerco di recuperare il mio vecchio manuale da guida CERN in cui tutte queste cose erano spiegate bene...

    Tornando alla pressione e al vuoto, lascio a Marco il divertimento di spiegare i vari tipi di vuoto che ci sono in LHC. Il vuoto piu' spinto e' quello che viene fatto nei tubi del fascio, si chiama ultrahigh vacuum. Il numero che io mi ricordo e' di 10^-10 Torr (1 Torr ~ 10^-3 bar), ma credo che il numero giusto da citare sia la densita' di molecole che si vogliono avere - perche' bisogna considerare il vuoto a quella temperatura, e non a temperatura ambiente. Vado a scavare e lo trovo questo numero.
    Il vuoto ultraspinto e' ottenuto con una combinazione di pompaggio e di rivestimenti particolari (che sono anche brevettati dal CERN e usati nei pannelli solari Evacuable Flat Panel Solar Collector progettati dal CERN e in fase di realizzazione da una ditta spagnola).

    Per finire, e per relax, andatevi a guardare questa bella animazione sul funzionamento di LHC http://cdsweb.cern.ch/record/1125472

  36. Max
    Pubblicato il 20 aprile 2010 alle 17:02 | Permalink

    @Manu : nappe freatique == falda freatica 🙂

  37. wimp
    Pubblicato il 20 aprile 2010 alle 17:54 | Permalink

    @Manu: molto bello il video che ho subito scaricato... grazie per la segnalazione... 🙂
    si nappe freatique = falda freatica. La mia curiosità era di capire come mai un simile spostamento sulla crosta terrestre: considerando che (credo) le stesse acque del lago da quelle parti per effetto delle maree dovrebbero alzarsi più o meno di 50cm, 25cm per gli strati rocciosi profondi mi sembravano tantini... Ora però grazie alle ulteriori info (lago che circonda buona parte del territorio, presenza falda freatica ecc.) comincio a capire...

  38. Manu
    Pubblicato il 21 aprile 2010 alle 19:37 | Permalink

    Grazie a tutti per le correzioni sull'italiano!!! 😀

    @wimp: contenta che il video ti sia piaciuto, e' uno dei miei preferiti! Lo stesso autore ha fatto anche video esplicativi della fisica di LHC, ma li ho trovati un po' pesantini.

    Allora, un sacco di curiosita' adesso ve le potete togliere andando a leggere qui http://visits.web.cern.ch/visits/GuidesManual/LEP_FAQ_ENG.html

    Alla domanda 17 hai tutti i numeri sulle maree - i 25 cm sono infatti in superficie, la variazione della circonferenza del tunnel e' appunto dell'ordine del mm.

    E' divertente vedere che c'era un effetto dello stesso ordine di grandezza che si produceva dopo piogge importanti...!

    L'ingegneria civile e' stata cruciale dallo scavo di LEP fino al completamento delle caverne di ATLAS e CMS - ci sono miliardi di aneddoti da raccontare, Marco metti in lista? 😉 (mi candido a darti una mano a raccogliere il materiale...!)

  39. Luciano
    Pubblicato il 23 luglio 2014 alle 16:37 | Permalink

    Chi è preso dal vortice della ricerca a volte perde la fantasia nel trovare nuove soluzioni. Perchè non chiedere ai lettori (anche se non all'altezza) proposte per ampliare gli obiettivi della ricerca? Sicuramente non si riceveranno soluzioni ma spunti per nuove idee della ricerca stessa. Ho già sperimentato questo metodo che a suo tempo mi ha dato molti spunti nuovi per il mio lavoro.

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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