protoni

Sono tornati i protoni dentro LHC

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Nel caso vi foste persi la notizia, qualche giorno fa i protoni hanno ricominciato a circolare dentro LHC. La pausa invernale è terminata, e le operazioni per far ripartire l'acceleratore sono riprese nel corso del weekend.

Non ci sono ancora collisioni, ma già qualche beam-splash è stato prodotto, mandando a sbattere i fasci contro i collimatori chiusi, e registrando lo spruzzo di particelle prodotte nei rivelatori, per verificare che fossero accesi e svegli, pronti a misurare quello che passa. Ecco un'immagine di cosa ha visto ATLAS, che per l'occasione si è prontamente acceso come un albero di Natale.

 

Nel caso non capiate bene che cosa sia beam-splash, ne avevo già parlato in passato con più particolari nel 2009 e nel 2015, vi rimando a quegli articoli per ripassare.

Quello che ci attende adesso è un periodo di recommissioning, ovvero di prove con i fasci per verificare che circolino a dovere nell'acceleratore in entrambi i sensi e alla giusta energia, prima di provare a farli collidere. Secondo la versione più recente del programma di LHC, le prime collisioni del 2017 sono previste per fine maggio: l'acceleratore è persino un po' in anticipo rispetto ai piani, e noi degli esperimenti gli corriamo dietro per essere pronti.

Nel corso del 2017, se tutto va bene, dovremmo accumulare più o meno il doppio dei dati collezionati tra il 2015 e il 2016, per arrivare a un totale di circa 100 femtobarn inversi. Difficilmente prima dell'inverno 2017-2018, però, saremo pronti a pubblicare nuovi risultati con questi dati, anche considerando che molte delle analisi dei dati collezionati nel 2016 non sono ancora terminate. Penso che attraverseremo un periodo di transizione di qualche mese, con i risultati attualmente in incubazione che usciranno uno dopo l'altro, a secondo del grado di maturazione, con una pausa di silenzio autunnale dedicata a capire i dati nuovi. A meno, come sempre, che non ci siano sorprese.

A proposito di risultati legati alle analisi dei dati collezionati nel 2015 e 2016, se avete prestato attenzione alle notizie, recentemente ci sono stati un paio di annunci  di misure interessanti, uno da parte di LHCb e l'altro da ALICE. Non ho avuto tempo di commentarli, e qualche lettore mi ha chiesto lumi altrove. Proverò a trovare il tempo per scriverci sopra qualcosina, specie sul risultato di LHCb.

La presa dati di LHC del 2016 finisce stanotte

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L'ingresso alla sala di controllo di ATLAS (Foto: CERN)
L'ingresso alla sala di controllo di ATLAS (Foto: CERN)

Intorno alla mezzanotte di oggi gli ultimi fasci di protoni del 2016 smetteranno di circolare e collidere dentro LHC. Il programma delle collisioni protone-protone a 13 TeV, iniziato nel 2015 e continuato con un successo persino maggiore di quello che avevamo sperato, arriva alla fine. Nelle prossime settimane ci sarà ancora un breve run dove verranno fatti circolare e collidere ioni pesanti, per la gioia dei ricercatori di ALICE e di coloro che, in ATLAS e CMS, si interessano a questa fisica particolare. Per tutti gli altri, il bottino saranno i circa 40 femtobarn inversi (quanti saranno veramente alla fine lo sapremo solo tra qualche ora, ma 40 è una previsione e attendibile, visti quanti ne abbiamo già raccolti).

Soltanto nell'ultimo anno, LHC ha raccolto circa il doppio dei dati presi tra il 2010 e il 2012, e a circa il doppio dell'energia nel centro di massa. Siccome la probabilità produrre tracce di fenomeni nuovi aumenta tanto con la quantità di dati (se un fenomeno è raro, tentare di produrlo più spesso aumenta la possibilità di vederlo) che con l'energia (la probabilità che in uno scontro tra due protoni vengano prodotte particelle esotiche rare cresce con l'energia a disposizione), questi dati porteranno risultati mai visti prima. Sia che ci sia qualcosa di nuovo da osservare, o che invece si migliorino le esclusioni di teorie alternative al Modello Standard, la frontiera della conoscenza si sposterà non poco.

Alla fine della presa dati del 2015 c'era stato il famigerato "End-Of-Year-Event", un seminario pubblico di fine anno dove ATLAS e CMS avevano presentato i loro primi risultati. Per quell'occasione, tra l'altro, avevamo lavorato giorno e notte per tirare fuori anche il primo risultato della ricerca di nuove risonanze che decadono in coppie di fotoni, quello che mostrava un eccesso a una massa di 750 GeV, eccesso poi sparito nei primi dati del 2016. Da quello che si dice da queste parti, quest'anno non ci sarà nessun evento di fine anno, e questa è secondo una buona cosa. Per molte delle analisi a cui stiamo lavorando servirà infatti molto più tempo di quello che ci separa dalla pausa natalizia per capire per bene dettagli e incertezze. Fare nuovamente una corsa (dopo quelle a cui ci siamo sottoposti per la fine del 2015, le conference in primavera, e ICHEP quest'estate) non sarebbe una scelta scientificamente giustificata e umanamente sana. Il che significa però che, per vedere qualche risultato nuovo, dovrete pazientare fino alla primavera del 2017. A meno che, naturalmente, non ci sia qualche annuncio clamoroso da fare nel frattempo. Staremo a vedere.

Il seminario di ATLAS e CMS al CERN del dicembre 2015
Il seminario di ATLAS e CMS al CERN nel dicembre 2015

Il run di protoni 2011 è finito

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Come accennavo qualche giorno fa, mancava poco perché gli ultimi fasci di protoni di LHC venissero dumpati, e i macchinisti si mettessero a lavorare per le collisioni di ioni pesanti previste prima della pausa invernale. Come da programma, gli ultimi fasci sono stati dunque fermati stamattina presto, chiudendo un periodo di presa dati davvero fecondo.

Dopo aver superato i 5 femtobarn inversi la settimana scorsa, negli ultimi giorni ATLAS ha ancora fatto in tempo a raccogliere 200 picobarn inversi, chiudendo la partita del 2011 con 5.2 fb-1 di collisioni a fascio stabile registrati. Questa è la quantità di dati che analizzeremo nelle lunghe notti d'inverno, e da cui salteranno fuori i risultati per le conferenze dei prossimi mesi.

Nelle settimane a venire la maggior parte di noi si dedicherà esclusivamente a queste analisi, ma quelli che - come il sottoscritto - hanno anche delle responsabilità nelle operazioni dei rivelatori, il prossimo mese riserverà ancora un bel po' di doppio lavoro, visto che ATLAS prenderà dati anche durante le collisioni di ioni pesanti. Giusto perché non si aveva abbastanza da fare!

2011 Proton physics program finished!

Tutti i protoni del 2010

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Giovedì 4 novembre scorso si è concluso il run di collisioni di protoni a LHC per l'anno 2010. Io, che ultimamente non sono "sulla notizia", arrivo circa 10 giorni dopo a parlarne. Facciamo finta che sia voluto, d'accordo? La fine del run di collisioni protone-protone per il 2010 segna una tappa importante nell'evoluzione della fisica di LHC, per due ragioni, anzi, tre.

Finiti i protoni iniziano a circolare gli ioni. Il programma delle attività di LHC ha sempre previsto, a patto che venissero rispettate alcune condizioni, un un run di collisioni tra ioni pesanti. Ovvero, una fase di attività dell'acceleratore che accelera nuclei di piombo invece che protoni, e li fa collidere. A cosa serva far collidere ioni pesanti ve lo racconto in un'altra occasione. Quello che mi preme invece sottolineare è che il run con gli ioni è sempre stato soggetto a un'approvazione condizionata: sarebbe stato fatto non appena il run dei protoni avesse dimostrato di poter raggiungere una certa luminosità.

Una luminosità da record. Il traguardo fissato di luminosità istantanea nelle collisioni protone-protone è stato raggiunto il 13 ottobre scorso, quando il ritmo delle collisioni fornite dall'acceleratore ha toccato le 1032 per centimetro quadrato per secondo . Si è trattato di un momento cruciale: al di là del fatto che una tale luminosità ci ha permesso nei giorni successivi di raccogliere un sacco dati molto in fretta, era importante riuscire a dimostrare che nel 2011, quando il run con i protoni riprenderà, la macchina riuscirà a fornire moltissime collisioni in poco tempo. Se ricordate, l'obiettivo per questo primo run rimane permettere agli esperimenti di raccogliere un fb-1: per arrivarci nel 2011 servirà veramente far andare LHC al massimo.

Circa 50 pb-1. È la quantità di dati che ATLAS e CMS hanno raccolto nel run di protoni del 2010. Che cosa possiamo tirarci fuori? A giugno avevo fatto un tentativo di previsione, vale la pena di andare a rivederselo:

  • 1-10 pb-1: ATLAS e CMS dovrebbero aver raccolto abbastanza W e Z per tentare una prima misura della sezione d’urto di produzione. Potrebbero persino pretendere di aver visto il quark top.
  • 10-100 pb-1: prime misure di fisica del B, e qualcosa potrebbe già venir detto su qualche scenario teorico esotico, o su qualche punto dello spazio dei parametri delle super-simmetrie.

Le prime misure di sezione d'urto di produzione di W e Z in effetti sono state pubblicate, e sia ATLAS che CMS hanno visto i primi segnali di top. Qualche scenario esotico è persino già stato escluso, la cosa interessante sarà vede che cosa sapremo dire di quali altri con tutti i dati 2010. E poi, ovviamente, ci sono tutte le misure legate ai processi "noti" del modello standard, che - se non rappresentano obiettivi di nuova fisica - saranno cruciali per valutare quanto bene comprendiamo il comportamento dei rivelatori.

Si riprende a Febbraio. Il run con gli ioni pesanti finirà il 6 dicembre, dopodiché si ferma tutto per la manutenzione invernale dei rivelatori, e soprattutto per analizzare i dati. In linea di principio il run di protoni del 2011 dovrebbe ricominciare in Febbraio. Il condizionale è d'obbligo: tempi e modi del run 2011 (per esempio: resteremo a 7 TeV? O tenteremo di alzare un po' l'energia?) verranno discussi nel famoso meeting di Chamonix dopo la pausa natalizia.

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

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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.

Protoni quasi veloci come la luce: soluzione

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Come promesso, ecco a quali frazioni della velocità della luce si muovono i protoni all’uscita di ciascun tratto del loro viaggio verso LHC. Come accennavo il calcolo è piuttosto semplice. Siccome sapete quant'è la massa m del protone e qual'è la sua energia cinetica massima k in ciascun acceleratore, calcolare l'energia totale è questione di un'addizione:

E = m + k

A questo punto con una divisione ottenete il fattore di Lorentz:

\gamma = \frac{E}{m}

da cui potete calcolare la frazione della velocità della luce \beta = \frac{v}{c} a cui viaggiano i protoni, invertendo la formula che vi ho dato nell'articolo precedente (qui serve un po' di algebretta da scuola media: fate il quadrato da entrambe le parti, invertite entrambi i termini, sottraete 1 da entrambe le parti, cambiate di segno, fate la radice quadrata):

\beta = \sqrt{1-\frac{1}{\gamma^2}}

Avete tutto quello che vi serve, e con una calcolatrice qualunque ottenete i numerelli finali:

AcceleratoreK [GeV]E [GeV]p [GeV]gammabeta
LINAC20.050.9880.3101.050.31409151
PS Booster1.42.3382.1422.490.91599153
PS2525.93825.92127.650.99934590
SPS450450.938450.937480.740.99999784
LHC70007000.9387000.9387463.690.99999999

Se volete le velocità in chilometri al secondo, basta che moltiplichiate \beta per il valore di c, circa 299792 km/s.

Avete visto? Già all'uscita del LINAC2 i protoni viaggiano a circa il 31% della velocità della luce, nel PS siamo ormai al 99.9%, e per vedere la differenza tra la velocità della luce e quella dei protoni in LHC occorre scendere fino alla nona cifra decimale!

A queste velocità, vi immaginate quanti giri completi dell'anello di 27 chilometri di LHC si fa un protone in un secondo? Una volta che avete sotto mano la cifra (lo so, lo so, si tratta di un'altra divisione), pensate che i fasci di LHC girano nella macchina per periodi di svariate ore! Ne fanno di strada, nevvero?

P.S.: Complimenti a quelli che hanno fatto i conti per bene e postato i risultati, e anche a tutti gli altri che li hanno fatti e si sono tenuti i risultati per sé, per timidezza o umiltà. Vergogna e disonore invece a mia cugina che si è rifiutata pubblicamente di calcolare! 😛

E se non c'è abbastanza spazio per un acceleratore lineare?

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Bene, abbiamo prodotto una manciata di protoni a partire dall'idrogeno, e li abbiamo infilati nel nostro acceleratore lineare per dar loro un po' di energia, e magari mandarli a sbattere da qualche parte. Ma quanta energia siamo riusciti a dar loro? Se avete letto per bene, vi sarete resi conto di una caratteristica fondamentale di acceleratore lineare: per una data differenza di potenziale, più volete accelerare una particella carica, più lungo dovrete fare il vostro acceleratore lineare. Non si scappa.

E quanto lungo vuol dire lungo? Vediamo un po': il LINAC2 del CERN, quello che sta attaccato subito dopo il duoplasmatron è lungo circa 36 m, ed è in grado di accelerare i protoni fino a 50 MeV. Il nuovo LINAC4 attualmente in costruzione sarà lungo 80 m, e accelererà i protoni alla notevole energia di... 160 MeV! In sostanza, veramente troppo poco rispetto ai 7 TeV di LHC (nel caso vi foste persi, magari è utile ricordare che ci va un milione di MeV per fare un TeV). Con la sola tecnologia di un acceleratore lineare ci andrebbero centinaia se non migliaia di chilometri per portare i protoni alle energia che ci interessano oggi (per gli elettroni sarebbe un;altra storia, ma tralasciamo): non esattamente una soluzione comoda.

Certo, sarebbe interessante poter far passare i protoni più volte attraverso lo stesso tratto accelerante. Immaginate di poter prendere il protone che esce dal vostro linac al massimo dell'energia, e di poterlo prontamente infilare all'ingresso dello stesso linac - senza perdere troppa energia! - così che al nuovo passaggio la particella guadagni un po' di velocità aggiuntiva. Immaginate di poter ripetere la stessa operazione qualche milionata di volte: ecco che le alte energie diventano accessibili. Già , ma come fare? Vi servirà una struttura a "circuito", un po' come nelle gare ciclistiche del chilometro lanciato: entra in campo il sincrotrone.

L'idea è semplice: su una struttura ad anello dispongo uno o più tratti acceleranti rettilinei (dei piccoli linac, insomma, rappresentati nel disegno qui sotto dai rettangoli arancioni), e li collego tra di loro con dei tratti che curvino le particelle e le mantengano in orbita (quasi) circolare, riportandole al punto di partenza tante volte quante sono necessarie per salire all'energia voluta (nel disegno qui sotto sono i tratti blu). Come si curva la traiettoria di una particella carica? In breve, con un campo magnetico (mai sentito parlare della forza d Lorentz?): ecco a cosa servono i famosi dipoli di un sincrotrone (e dunque, tra gli altri, di LHC). Di tanto in tanto è bene che mettiate anche qualche magnete speciale - un quadrupolo focalizzante - che vi compatti i protoni in modo che non si disperdano lungo l'orbita (nel disegno qui sotto, i quadrati rossi).

La traiettoria circolare di un sincrotrone è una bella trovata, ma ha qualche effetto collaterale. Se infatti una particella carica accelerata in linea retta acquisisce energia, quando tentate di curvarne la traiettoria con un campo magnetico tenderà a perderne un po' sotto forma di radiazione di sincrotrone. Per questo motivo a ogni giro, entrando nuovamente nel tratto accelerante, le particelle non avranno esattamente l'energia che avevano all'uscita dello stesso tratto al giro precedente. Ma insomma, sempre meglio di niente! L'intensità della radiazione di sincrotrone dipende dal raggio di curvatura della traiettoria: per ridurre l'effetto potete dunque decidere di fare un anello più grande. Nel caso stiate accelerando particelle leggere (per esempio elettroni) - la cui perdita di energia nelle curve è maggiore - dovrete mettere più tratti acceleranti (per dire: a LEP per gli elettroni e i positroni ce n'erano circa un po' più di un centinaio, a LHC per i protoni ne basta uno). Ecco le cavità acceleranti di LHC:

Mentre in questa immagine potete vedere i caratteristici dipoli blu di LHC, che occupano la maggior parte dei 27 chilometri del tunnel, a cui si alternano di tanto in tanto i quadrupoli, ovvero le porzioni di tubo dall'esterno argentato:

Al CERN sono fiorite intere generazioni di sincrotroni di ogni dimensione, gli uni collegati agli altri in cascata, ma di questo parliamo al prossimo giro. Di tanto in tanto potrebbe venirvi in mente di mettere lungo la traiettoria un rivelatore, per vedere che cosa succede durante le collisioni: ma per far collidere le particelle avrete bisogno di due fasci di protoni che circolino in direzioni opposte: anche di questo discuteremo in una puntata futura.

Photo credits: CERN, CERN.

Come si accelera una particella (carica)?

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Dopo aver ricavato un ben po' di protoni dalla vostra bottiglietta di idrogeno volete accelerarli, ovvero metterli in movimento e fare acquisire loro energia. Perché volete farlo? Perché energia equivale a massa, come insegna il buon Einstein, ergo facendo sbattere particelle leggere ma molto energetiche potete produrre particelle ben più pesanti. Ma questa è un'altra storia.

Accelerare i protoni, dicevamo dunque. Come facciamo? Sfruttiamo il fatto che si tratta di particelle cariche (positivamente), e le mettiamo in un campo elettrico generato da una differenza di potenziale (qualcosa di simile a una pila, insomma). Sollecitate dal campo i protoni si mettono in moto allontanandosi dal polo positivo e correndo verso quello negativo, più o meno così:

La limitazione di un sistema a due soli elettrodi come quello della figura qui sopra è che, per accelerare un protone ad alta energia, dovreste mettere tra gli estremi una differenza di potenziale veramente troppo grande. I fisici sono notoriamente ingegnosi, e hanno risolto il problema costruendo invece un sistema a poli alternati, fatto (più o meno) da una serie di elettrodi cilindrici bucati (all'interno dei quali c'è il vuoto, e che i protoni possono attraversare) tra i quali viene alternata la direzione del campo elettrico. Si inizia dunque da una configurazione di questo tipo:

dove il protone viene accelerato fino al secondo elettrodo. Nel momento in cui il protone passa attraverso il secondo elettrodo (grazie alla velocità che ha acquisito nella prima sezione) viene invertita al volo la polarità della differenza di potenziale, e il secondo elettrodo - che fino a un momento prima era "attrattivo" - diventa "repulsivo", mentre il terzo diventa attrattivo e così via:

Il protone ha già una certa velocità acquistata nel primo tratto, l'accelerazione nel tratto successivo non fa che aumentarla (se volete esercitarvi ad accelerare qualche particella a mano, potete sempre provate la simulazione interattiva del Microcosmo del CERN).

Nota per i curiosi: se la distanza tra gli elettrodi è costante, il tempo necessario a passare tra il secondo e il terzo elettrodo è inferiore a quello necessario tra il primo e il secondo, essendo la velocità del protone aumentata. Le soluzioni a questo fenomeno sono fondamentalmente due: aumentare il ritmo a cui si inverte la polarità del campo per stare in sincrono con il passaggio delle particelle, o distanziare opportunamente gli elettrodi, aumentando lo spazio tra due accelerazioni successive, come nel modello di acceleratore lineare di Luis Alvarez:

In generale, gli acceleratori di questo genere si chiamano in gergo "linac" ("linear accelerator"): possono servire come collisori (per esempio contro un bersaglio, oppure mettendone due uno di fronte all'altro), oppure come pezzo iniziale di un complesso di tanti acceleratori in cascata (come facciamo qui al CERN, e come vi spiegherò in un'altra occasione).

Nella realtà (e in acceleratori più complessi) le cose sono ovviamente un dito più complicate delle semplificazioni dei miei racconti: qualcosa di simile all'inversione della polarità viene per esempio assicurata da un generatore di radiofrequenza, e la successione di elettrodi in molti casi è rimpiazzata da cavità risonanti come questa:

o questa:

Ma insomma, in fondo il principio rimane lo stesso.

Photo credits: CERN, CERN.

Da dove arrivano i protoni che circolano in LHC?

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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.