LHC Q&A 3. Quanta energia è immagazzinata nei fasci di LHC? È tanta o poca?

"Q&A" sta per "Questions and Answers". Ma anche per "Quake Arena", "Qantas Airways" o "Quinolinic Acid", tanto per dire... 🙂 Se hai un dubbio o una curiosità su LHC che non ha ancora trovato risposta in questa serie di articoletti, non esitare a palesarlo nei commenti. Chissà, prima o poi potrei anche rispondere.

Quanta energia è immagazzinata nei fasci di LHC?

Parecchia. Ok, ho capito, volete sapere una cifra: in questo caso la risposta è dipende. Come già in passato, possiamo fare il conto per le condizioni nominali dei fasci, e da queste eventualmente potete estrapolarvi da soli le cifre per le condizioni correnti. In condizioni nominali ogni fascio ha 2808 bunch, ognuno popolato da circa 100 miliardi di protoni, ognuno con un'energia di 7 TeV. Una semplice moltiplicazione ci dice che 2808 * 1011 * 7 TeV sono circa 2 1015 TeV. Un TeV equivale a circa 1.6 10-7 J, da cui deduciamo che un fascio nominale di LHC porta in giro un'energia di più di 300 MJ (megajoule).

Trecento megajoule sono tanti o pochi?

Di nuovo, dipende. Immaginate un treno, diciamo un TGV francese: pesa circa 400 tonnellate, il che vuol dire che si porta a spasso 300 MJ quando viaggia a circa 150 km/h. Un TGV lanciato a 150 kn/h è un oggetto al quale bisogna certamente fare attenzione, potenzialmente pericoloso e certamente distruttivo se lanciato contro - mmm, vediamo - il bar della stazione. L'energia in questione sarebbe di sicuro sufficiente a radere al suolo il suddetto bar e i suoi avventori, esattamente come basterebbe (opportunamente concentrata e diretta) a far fondere un blocco di rame di circa 500 kg. Cosa ne deduciamo: che un fascio di LHC è un oggetto potenzialmente pericoloso per le attrezzature dell'acceleratore che lo circondano. Nel caso in cui un fascio diventasse instabile, nessuno da queste parti vorrebbe certo vederlo andare a colpire il suo pezzo di equipaggiamento preferito. Ma, esattamente come nessuno si stupisce che sia possibile frenare un TGV lanciato a 150 km/h fino a fermarlo dolcemente in stazione, è possibile fermare un fascio di LHC senza fare danni. Il punto è che occorre farlo velocemente, perché, viaggiando i protoni a quasi la velocità della luce, uno rischia di ritrovarli dove meno vorrebbe piuttosto in fretta. Come lo si ferma ve lo spiego la prossima volta.

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17 Commenti

  1. GM
    Pubblicato il 13 luglio 2010 alle 20:26 | Permalink

    In realta`una "piccola" differenza c'e`. Mentre il TGV lo freni poco a poco, il fascio di LHC viene deviato in un tunnel laterale e mandato a sbattere, a piena velocita`, contro un blocco di grafite. Si puo`immaginare il livello di radioattivita`che si raggiunge in quel posto.

    http://lhc-machine-outreach.web.cern.ch/lhc-machine-outreach/components/beam-dump.htm

  2. Max
    Pubblicato il 13 luglio 2010 alle 22:11 | Permalink

    Ma supponiamo che vadano in quench all' istante un paio di magneti, smagnetizzandosi.... quanto tempo impiegano a smagnetizzarsi completamente ? Il fascio dovrebbe partire per la tangente, giusto ? Che effetto farebbe "sparato" contro le pareti dei magneti e successivamente il cemento armato del tunnel ? Buco ? Esplosione ?

    Max

  3. Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 08:36 | Permalink

    Ehi, GM, che fai? Mi rovini la sorpresa del prossimo post? Non vale! 😛

  4. Tamerlano
    Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 10:15 | Permalink

    Affascinante....mi sovviene una curiosità, esistono modelli che indichino cosa potrebbe succedere in linea puramente teorica nel caso di scontro frontale tra 2 protoni dotati di energie ancora più elevate?

    Semplificando:
    14TeV --> un bosone di Higgs se ci dice bene
    100TeV --> un trionfo di bosoni di Higgs e....altro?????
    1000TeV --> ???? qualche teoria si pinge fino a qui?

    In altri termini, quali altri fenomeni teorici una macchina come LHC è in grado di confermare (o smentire) ?

    Tutto questo smisurato investimento in termini non solo economici ma anche di sudore umano per un misero sfuggevolissimo bosone???

    O la risposta è semplificando: "E' una scommessa, i soldi li abbiamo spesi, adesso vediamo se salta fuori qualcosa di interessante...".

    🙂
    Tamerlano

  5. Ettore
    Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 13:51 | Permalink

    @Tamerlano
    Spesso (io compreso) ci si sofferma sulla spesa in se per se, senza pensare a quello che c'è dietro e a quello che porterà in futuro.
    LHC, come vari altri progetti di ricerca sono costosissimi, indubbiamente e quindi, soprattutto con la crisi che c'è oggi forse ci si chiede se ne è valsa la pena...

    Ma basta pensare a quanto tempo c'è voluto per realizzarlo e quindi quanti posti di lavoro ha prodotto, quanta ricchezza per le aziende ha prodotto, quanta nuova ricerca e sviluppo di tecnologia ha prodotto, quanti posti di lavoro ancora tiene in piedi e quanti ne terrà per i prossimi decenni e molto altro...
    Be, ecco che, un progetto come questo oltre ad essere un costo è anche un'opportunità!

    Ma LHC non è il solo, c'è ITER un reattore sperimentale per la fusione nucleare oppure l'E-ELT un telescopio dell'ESO con uno specchio primario di 42m... Questi sono solo due esempi di grossi progetti che sono e/o saranno molto costosi 😀
    Per me, ben vengano, sono soldi spesi benissimo, perchè la loro ricaduta (nel medio/lungo termine) sicuramente produrrà più ricchezza di quanta ne abbia consumata. 😉

  6. Tommybond
    Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 14:00 | Permalink

    @Tamerelano : Ti invito ad informarti bene sugli scopi per il quale è stato progettato LHC! L'eventuale rilevazione delle tracce del bosone di Higgs è solamente uno dei tanti obiettivi 🙂

  7. Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 15:05 | Permalink

    Tamerlano, veramente pensi che avremmo costruito una macchina del genere (e ben 4 diversi esperimenti) per "un misero sfuggevolissimo bosone"? Come sempre i questi casi, se ti sforzi di sporgere il naso un po' più in la potresti scoprire che le cose sono ben più complesse (e varie) di quello che potrebbe sembrare dal di fuori. Quali altri fenomeni contiamo di studiare? Per farti un'idea dai un;occhiata questo, o perlomeno al suo indice:

    http://arxiv.org/abs/0901.0512

    Quello che ti interessa è descritto da pagine 723 in poi (cioè fino a pagina 1852!).

  8. Antonio
    Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 15:56 | Permalink

    Ciao Marco,
    scusa l' OT, ma hai letto questo articolo?
    http://www.psi.ch/media/protons-smaller-than-we-thought

    c'è anche il link su nature.

    L'esperimento mi sembra proprio ben ideato, ma mi chiedevo quali potessero essere le conseguenze e se in qualche misura anche gli esperimenti di LHC potessero esserne influenzati.
    Ciao.

  9. Lorenzo Fiori
    Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 20:22 | Permalink

    Scusa Marco, ma da banalissimi calcoli che ho fatto anche un singolo protone a 7 Tev farebbe parecchio male mentre una volta si parlava di energie paragonabili a quella di una zanzara per un singolo protone: dove ho sbagliato?

  10. wimp
    Pubblicato il 14 luglio 2010 alle 20:42 | Permalink

    Da quello che ho capito l'energia di un fascio di LHC è appena sufficiente per danneggiare in modo neppure gravissimo la macchina stessa. Quindi con buona pace dei complottisti IMHO è molto più alta la possibilità (molto vicina a zero in realtà) che domani venga la fine del mondo per l'esplosione di una supernova troppo vicina alla terra che l'area che ospita hlc possa essere distrutta a causa degli esperimenti (non dico il mondo perché l'ipotesi sarebbe ancora più ridicola). Dico bene Marco? 🙂

  11. Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 08:59 | Permalink

    @Lorenzo: non so cosa dicano i tuoi conti, i miei dicono che un protone a 7 TeV trasposta l'equivalente di circa 1.12 × 10-6 Joule. Sono tanti? Vediamo: consideriamo che una zanzara pesi 1 grammo (chissà se è vero? Bof, in ogni caso, un insetto che pesi un grammo), ha un'energia cinetica di di circa 1.12 × 10-6 Joule quando si muove a una velocità di un po' più di 3 centimetri al secondo, che mi sembra una velocità degna di una mosca, ma che no mi spaventerebbe in caso di un impatto.

    Ciò detto, anche nel caso della mosca di cui sopra, il punto non è tanto l'energia quanto la sua concentrazione: quando batti le mani in un applauso non ti fai male perché l'energia si distribuisce su tutta la superficie della mano. Adesso prova a mettere uno spillo tra le dita e applaudi con la stessa forza... 🙂

    @Wimp: se perso malamente il fascio potrebbe danneggiare malamente la macchina, non farti illusioni, ed è per questo che bisogna essere capaci di "spegnerlo" in fretta. Come per il TGV, la potenza è nulla senza controllo 🙂

  12. Tamerlano
    Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 09:27 | Permalink

    @Marco

    grazie del link, la domanda era un pelino provocatoria e sottendeva la percezione che da un punto di vista della comunicazione divulgativa ai non addetti ai lavori fosse passato ben poco sugli obiettivi di LHC.

    Ovviamente non mi sto riferendo al tuo blog, che sta facendo un ottimo lavoro divulgativo, ma in generale ho la sensazione (magari errata) che il bosone suddetto stia rischiando di monopolizzare la comunicazione "mainstream" creando una sorta di pericolosa dicotomia ("A che serve LHC? Ma a trovare il bosone!!!").

    Trovare articoli divulgativi sugli esperimenti di LHC che non abbiano come protagonista la suddetta primadonna è impresa ardua, ma magari sono io a non avere visibilità.

    O più probabilmente il resto degli esperimenti è talmente per addetti ai lavori che risulterebbe comunque di scarso interesse per il volgo, da qui la scarsa copertura divulgativa...

    La mia curiosità da profano potrei quindi riesprimerla in questi termini: negli esperimenti previsti da LHC, esiste qualche altra primadonna (prevista dalla teoria) oltre allo sfuggevole bosone?

    🙂
    Tamerlano

  13. Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 09:34 | Permalink

    @Tamerlano: hai ragione da vendere, la ricerca del bosone di Higgs è stata (ab)usata come ragione principale e spesso unica per giustificare la costruzione di LHC e dei suoi esperimenti. La realtà è naturalmente ben più complessa di così, e ha a che fare con i difetti del Modello Standard, che - in parole povere - non dovrebbe essere in grado di spiegare le interazioni tra le particelle alle energie di LHC. Qualunque sia la teoria che va bene in quel regime energetico, dovrebbe fare capolino (a meno che non siamo veramente moooolto sfortunati). Quale nuova teoria, e quali nuove conseguenze? Mi ci vorrebbe ben più di un commento, prima o poi ci torno.

  14. Antonio
    Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 09:35 | Permalink

    Ciao Marco, ieri ti avevo scritto segnalandoti un articolo. Qui al PSI sono tutti un po eccitati dall'ultima publicazione su Nature riguardo le dimensioni del protone che pare sia più piccolo del previsto.

    Sai dirmi a grandi linee questo cosa potrebbe implicare, e se ha qualche correlazione con i vostri esperimenti (che ne so qualche cross-section da ricalcolare...).
    ciao

    p.s.: il link all'articolo lo puoi trovare sulla homepage del PSI, psi.ch.

  15. Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 09:42 | Permalink

    @Antonio: "Lavori in corso", commento 56:
    http://www.borborigmi.org/lavori-in-corso/#16894

  16. Antonio
    Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 09:47 | Permalink

    Thanks!

  17. Lorenzo Fiori
    Pubblicato il 15 luglio 2010 alle 15:33 | Permalink

    @marco
    Ok,avevo letto 1 eV=1,6*10^-6 J , mentre invece è un TeV=1,6*10^-6....accidenti, non ricordavo che l'Elettronvolt fosse veramente ancor più piccolo...(10^-18) !
    Saluti

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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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