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Da dove arrivano i protoni che circolano in LHC? 1 marzo 2010

Inviato da Marco in : Fisica, LHC, LHC F.A.Q. 28 commenti

Proprio in questi giorni le attività di LHC stanno riprendendo dopo la pausa invernale, vediamo dunque se riesco a spiegarvi un pezzo alla volta (e brevemente ogni volta) come funziona questa macchinone. Cominciamo dunque dall’inizio: LHC è un acceleratore e collisore di protoni (anche di ioni più pesanti, ma per adesso sorvoliamo). Dove andiamo a prendere i protoni in questione?

Il protone è insieme al neutrone uno dei costituenti dei nuclei atomici, dunque la sorgente deve essere un nucleo di un atomo. La scelta ideale è l’idrogeno, atomo formato da un solo protone e un solo elettrone. All’inizio di tutta la catena di acceleratori che porta a LHC c’è dunque una bottiglietta piena di idrogeno in forma di gas. Vedere per credere:

Il trucco sta proprio nel prendere gli atomi di idrogeno (che sono elettricamente neutri) , strappare via loro l’elettrone che orbita intorno ai protone, e recuperare i protoni “nudi” per infilarli nel primo stadio della catena di accelerazione (di cui parleremo in un’altra occasione). Semplice, vero?

Il lettore smaliziato adesso potrebbe chiedere: come si strappa l’elettrone di un atomo di idrogeno per mettere a nudo il protone? In sostanza, si infila l’idrogeno gassoso in un cilindro metallico a cui viene applicato un forte campo elettrico. Ecco il cilindro in questione:

Lo si vede anche nella foto precedente, quella con la bottiglietta rossa piena di idrogeno gassoso. Il cilindro ben riempito di gas verrà poi infilato nell’apparecchio che – tra le altre cose – produce il campo elettrico a cui accennavo; il campo ionizza il gas, ovvero prima spezza la forma molecolare dell’idrogeno – che di solito se ne va in giro in coppie di atomi – e poi separa i protoni e gli elettroni dei singoli atomi. L’oggetto che si occupa di questa operazione apparentemente semplice si chiama duoplasmatron (e il nome bizzarro è tutto quello che saprete di lui!):

Una volta denudati i protoni sono pronti per essere incanalati dentro il primo stadio di accelerazione, di cui vi parlo al prossimo giro.

Photo credits: CERN.

Questo è il primo di quella che vorrei fosse una serie di articoletti brevi. che andranno a piazzarsi sotto l’etichetta LHC F.A.Q.. Siccome prima o poi c’è sempre qualcuno che finisce per chiedere le stesse cose, ho pensato che potrebbe interessare condividere le risposte con tutti. Vediamo quanto lontano riusciamo ad arrivare.