E gli ioni, intanto, collidono

Da una decina di giorni LHC sta facendo circolare e collidere, al posto dei protoni, degli ioni di piombo.

In che cosa si differenziano le collisioni tra ioni e quelle tra protoni? Uno ione non è altro che il nucleo di un atomo a cui sono stati strappati tutti gli elettroni: nel nostro caso il nucleo di piombo. Un nucleo di piombo è formato da 82 protoni, e da un numero di neutroni che oscilla tra 122 e 126 a seconda dell'isotopo. Se in un protone ci sono due quark up, un quark down e una certa quantità di gluoni (più qualche ombra degli altri quark dal sapore diverso, ma questa è un'altra storia) che in occasione di una collisione possono interagire con i loro colleghi del protone che arriva nella direzione opposta, nel caso di due ioni di piombo il numero di quark e gluoni disponibili a interagire è ben più grande. Il risultato è che in una collisione ione-ione vengono in media prodotte molte più particelle di quante non ne vengano prodotte in una collisione protone-protone.

Quante di più? Mettiamola così: i rivelatori, che nel caso delle collisioni protone-protone mostrano qualche traccia e qualche deposito di energia qua e là, nel caso delle collisioni ione-ione si accedono come alberi di Natale! Vedere per credere:

Questo qui sopra è l'event display di una delle prime collisioni piombo-piombo registrate da ATLAS. Per avere un'idea della folla che occupa il rivelatore, vi basti sapere che il numero di tracce ricostruire corrispondenti a particelle cariche con momento più grande di 1 GeV è 1115! Sono quella selva di linee arancioni al centro dell'immagine, e l'incredibile è che il software di ricostruzione sia riuscito a distinguerle le une dalle altre a partire dai puntini che si sono accesi nel tracciatore centrale. Eccone anche una versione animata:

Che cosa si studia con le collisioni tra ioni pesanti? Ne parliamo con calma alla prima occasione, ma se siete veramente curiosi e non potere resistere, questo è un ottimo sommario.

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22 Commenti

  1. Ettore
    Pubblicato il 15 novembre 2010 alle 17:26 | Permalink

    Da quello che si vede, alla fin fine il rivelatore è composto da diversi strati, ed ogni strato da tanti sensori.
    Immagino che, ogni sensore abbia anche un feedback che vi permetta di sapere quando un singolo sensore si guasti, dato che se venisse meno qualche sensore credo che tutto il sistema di riconoscimento degli eventi subisca un certo degrado... e se non funziona bene quel "discriminatore" di eventi "buoni" addio dati.

  2. Pubblicato il 15 novembre 2010 alle 21:07 | Permalink

    SI, il rivelatore è una successione "a cipolla" di strati di diversi tipi di rivelatori (quali e a che cosa servono te lo racconto un'altra volta con calma). Ogni rivelatore ha una certa frazione (piccola, per fortuna) di canali che non funzionano a dovere o possono malfunzionare a singhiozzo. Ovviamente nella ricostruzione della topologia di un evento occorre tenerne conto, che è una delle complicazioni dell'analisi dei dati.

  3. Stephan
    Pubblicato il 16 novembre 2010 alle 00:02 | Permalink

    Grazie dell'articolo Marco (e ti ringrazio anche del precedente che leggo solo ora)
    questa sera porto il portatile a letto 😀

  4. GIGI
    Pubblicato il 16 novembre 2010 alle 14:10 | Permalink

    Solo Alfred Hitchcock ai miei tempi era capace di tanta suspense!
    In un solo post hai disseminato qualche ombra di altri quark dal sapore diverso nei protoni e un rimando alla rottura delle simmetrie.
    Bravo, così si fa ! Ora non possiamo più allontanarci dal blog finchè non chiarirai questi punti. Non farci aspettare troppo, ma comunque buon lavoro nalla miniera, ops scusa, nella vaporiera di piombo.

  5. Gabriele Bonaiuti
    Pubblicato il 18 novembre 2010 alle 00:56 | Permalink

    Posso fare una domanda off-topic? bhè la faccio al limite si può cancellare ,riguada l'antimateria di cui leggo oggi sulle varie testate nazionali,quello che non capisco è perchè bisogna aspettare la pubblicazione su nature dei risultati... hanno un contratto in esclusiva?

    link http://www.repubblica.it/scienze/2010/11/17/news/cern_antimateria-9209385/?ref=HREC1-5

  6. Pubblicato il 18 novembre 2010 alle 09:46 | Permalink

    Beh, Nature ha una policy detta di "publication embargo": richiede esplicitamente, perché un risultato sia pubblicato, che i dettagli non vengano divulgati fino a quando la rivista non è uscita. Altri giornali permettono di rilasciare la bizza dell'articolo una volta che sia stato accettato, Nature no.

  7. GIGI
    Pubblicato il 18 novembre 2010 alle 14:15 | Permalink

    Occhio, Marco! Hanno visto dirigersi verso Ginevra Dan Brown, Ron Howard e pare ci fosse anche Fonzie... 🙂

  8. GIGI
    Pubblicato il 18 novembre 2010 alle 14:28 | Permalink
  9. Gabriele Bonaiuti
    Pubblicato il 18 novembre 2010 alle 16:58 | Permalink

    Grazie per la risposta!Mi viene da chiedere a questo punto come possa un giornale privato tenere in scacco l'interesse mondiale di chi ha effettivamente finanziato il progetto lhc,gli stati. 🙂

  10. Pubblicato il 18 novembre 2010 alle 17:22 | Permalink

    Beh, non esageriamo! "Tenere in scacco l'interesse mondiale"? Edda! Poi se vuoi possiamo discutere del modello editoriale di Nature e se sia ancora valido come forma di comunicazione scientifica al giorno d'oggi, però non facciamone una battaglia gratuita. Eppoi il comunicato stampa del CERN era di due giorni prima, mica due mesi!

  11. Gabriele Bonaiuti
    Pubblicato il 19 novembre 2010 alle 01:49 | Permalink

    No, niente battaglie solo curiosità 🙂 Quello che volevo dire è che non capisco il motivo del "copyright" di nature sulla ricerca svolta all'interno di una struttura a finanziamento pubblico come lhc.
    L'ufficio stampa e comunicazione del cern può dare materiale in esclusiva a terzi?
    Cordiali Saluti

  12. Pubblicato il 19 novembre 2010 alle 09:49 | Permalink

    C'è una certa differenza tra il materiale che l'ufficio stampa distribuisce ai giornalisti, e l'articolo scientifico che descrive i dettagli della ricerca e dei risultati. Nature è un giornale particolare, nel senso che molti dei suoi articoli sono leggibili anche da un comune mortale, cosa che invece non è vera per altre riviste di fisica, però il link postato da Gigi è in questo senso fuorviante, perché l'articolo su cui c'era l'embargo era piuttosto questo:

    http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature09610.html

    Come vedi si tratta di un livello ben diverso. In ogni caso, non si tratta di copyright (o meglio, non nel senso tradizionale del termine): una volta pubblicato, il contenuto di quell'articolo è pubblico, e non devi chiedere il permesso a nessuno per usarlo in qualunque contesto che ti serva (didattico e di nuova ricerca). Il punto è che sia gli autori che Nature hanno un grande interesse a far si che fino alla pubblicazione nessuno possa appropriarsi del loro risultato (o del fatto di esserne gli ospiti esclusivi). La cosa diventa parecchio rilevante quando ci sono due gruppi in competizione nella ricerca dello stesso fenomeno.

    Che poi questo modello sia discutibile, e probabilmente per certi versi sorpassato, è una lunga storia, e ci toccherebbe almeno parlare di Open Access per chiarire un po' le cose, ma non ora e non qui. Se la cosa ti stuzzica puoi dare un;occhiata a questo:

    http://library.web.cern.ch/library/OpenAccess/

  13. gigino
    Pubblicato il 21 novembre 2010 alle 16:28 | Permalink

    a questo punto il prossimo passo immagino che sia questo:

    "E' un'idea semplice e logica quella che mi è venuta.
    Perché non provare scontri alla massima velocità di nuclei di Plutonio 238, invece di limitarsi a far scontrare nuclei di piombo?"
    (non è farina del mio sacco, è tratto da un romanzo riguardante il CERN e i buchi neri...)

  14. Pubblicato il 21 novembre 2010 alle 22:35 | Permalink

    Si, certo. Tanto il plutonio 238 è facile da ottenere, per nulla pericoloso da maneggiare, particolarmente stabile, e si compra dal rigattiere sotto casa. Umpf ;-P

  15. gigino
    Pubblicato il 22 novembre 2010 alle 17:59 | Permalink

    @ Marco
    haha, mi hai fatto ridere 😀
    però, seriamente, nella "corsa agli armamenti" delle potenze di collisione in gioco, prima o poi non potrebbe venire in mente a qualcuno del CERN di usare elementi transuranici?
    per quanto riguarda la reperibilità non penso che, come istituzione di ricerca di livello mondiale, avrebbero problemi a reperirne un pò per gli esperimenti.. per la sicurezza penso che saprebbero come maneggiarlo.. o no?

  16. Abba
    Pubblicato il 23 novembre 2010 alle 13:33 | Permalink

    ciao marco, penso tu ti ricordi di me: l'ex liceale con la tesina sul bosone di higgs... ho avuto notizia delle nuove collisioni di nuclei di piombo le cui immagini venivano spacciate come le prime immagini del big bang e il cui risultato aveva portato all'analisi dell'antimateria... spero tu possa illuminarmi nuovamente, come qualche mese fa, non appena trovi un attimo di tempo... 😀

  17. Max
    Pubblicato il 24 novembre 2010 alle 20:57 | Permalink

    Beh, sulla pericolosità reale del Plutonio ci sarebbe da discutere... specie per i pochi grammi che suppongo servirebbero allo scopo 🙂
    E cmq, a questo punto sarebbe più facile utilizzare l' Uranio impoverito, che abbonda, costa poco e ha pericolosità vicina allo zero.
    Credo però che la differenza nelle collisiioni ad alta energia sia minima.... sbaglio ?

    Max

  18. GIGI
    Pubblicato il 24 novembre 2010 alle 22:12 | Permalink

    A proposito di piombo, plutonio o uranio per gli esperimenti con gli ioni pesanti, mi torna in mente quando -al primo anno di università- nel corso di biologia si studiavano gli allora rivoluzionari esperimenti di genetica. Si usava ( e si usano ancora) i moscerini drosofila melanogaster, ma qualcuno si chiedeva perché proprio quelli e magari non ... gli elefanti!

  19. Max
    Pubblicato il 24 novembre 2010 alle 22:17 | Permalink

    Penso che sia per la difficoltà intrinseca di infilare un elefante nella provetta 🙂

  20. Pubblicato il 24 novembre 2010 alle 23:50 | Permalink

    Max, hai ragione, la quantità utilizzata sarebbe poca. E sull'uranio ci hai in parte preso: l'idea di usarlo nelle collisioni è stata proposta perlomeno per RHIC. Sul fatto invece che le collisioni sarebbero equivalmenti ti sbagli: i nuclei non hanno tutti la stessa forma, e quello di uranio in particolare è "allungato" come una palla a rugby, dunque introdurrebbe delle variabili potenzialmente interessanti nelle collisioni.

  21. Max
    Pubblicato il 26 novembre 2010 alle 21:30 | Permalink

    Marco, pensavo alla massa, non m'era venuta in mente la forma 🙂

  22. Claudio
    Pubblicato il 27 novembre 2010 alle 17:05 | Permalink

    Jet quenching: ne parlano giornali e TV (con i soliti errori scientifici). Ci dirai qualcosa quando avrai un po' di tempo?

Un Trackback

  • Di Scientificando il 19 novembre 2010 alle 01:00

    Le Collisioni Tra Ioni Di Piombo Di LHC...

    Da quasi due settimane a Ginevra il gioco è diventato "pesante"! LHC sta facendo proprio sul serio! Ioni di piombo al posto dei protoni. Ragazzi, anche voi sapete che cosa sono gli ioni, vero? Li abbiamo studiati sia l'anno scorso...

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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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