simulazione di una possibile collisione in cui c'è l'evento previsto da HiggsIl Large Hadron Collider(LHC) al CERN, lungo la frontiera tra la Svizzera e la Francia, è forse ad oggi la cosa più avanzata tecnologicamente che l’uomo abbia mai costruito nella sua storia. Non solo, ma si tratta anche del più grande investimento in campo scientifico e tecnologico dell’Europa e tra i più grandi della storia, essendo costato svariati miliardi di dollari. Tuttavia davanti alle risposte che potrebbe dare, il suo costo è minimo. Quello che il LHC sta facendo è spingersi oltre i limiti attuali della fisica e sta letteralmente aprendo le porte ad una delle più grandi rivoluzioni scientifiche di sempre. Tra le tante domande e le tante ricerche in cui il LHC è coinvolto, si parla moltissimo di un misterioso “bosone di Higgs”. Ma cos’è in realtà ? e perché a noi dovrebbe importarci qualcosa?
L’anello lungo 27 km di magneti super raffreddati accelera particelle vicino alla velocità della luce e le fa collidere dentro al più avanzato rivelatore di particelle del pianeta. Tutto questo nello sforzo di capire perché la materia ha massa e per far chiarezza su altre ipotesi come buchi neri microscopici e la materia oscura.
Uno dei rivelatori usati al LHC è ATLAS(A Toroidal LHC ApparatuS) che,tra le altre cose, sta indagando sull’origine della massa sotto la forma della misteriosa particella conosciuta come il bosone di Higgs.
ATLAS misura le collisioni tra due protoni a velocità altissime. Quando questi protoni collidono creano delle particelle che durano soltanto alcune frazioni piccolissime di tempo, e ATLAS le riesce a rilevare e analizzare, alla ricerca del Campo di Higgs.
Il rilevatore ATLASPerché una particella ha una massa? Il concetto di massa è sicuramente fondamentale nella fisica,tuttavia non abbiamo ancora un modello dimostrato per spiegare cos’è che fa ottenere massa alle particelle. Le ipotesi sono tante, e tra queste nei anni è spicata quella del Meccanismo di Higgs, proposta da un simpatico fisico scozzese di nome Peter Higgs, grazie ad un idea di Philip Anderson. Questo meccanismo è quello che conferisce secondo lui la massa a tutte le particelle elementari.
Si tratta di alcuni dei concetti più difficili con cui si può avere a che fare nella fisica, quindi per farvi capire meglio di cosa si tratta, userò un illustrazione creata da David Miller, scienziato dell’Università di Londra.
Immaginate una stanza piena di politici. Miller descrive questi politici come uniformemente distribuiti nella camera. Nel momento in cui entra dalla porta il primo ministro, i politici si spostano andandogli vicino. Quando il primo ministro è vicino a loro, loro si stringono l’uno accanto all’altro vicinissimi a lei, effettivamente dandogli più massa e momento. Mentre si allontana, questi tornano nella loro posizione originale. Il primo ministro in questo esempio rappresenterebbe una particella che si muove nello spazio, ed i politici sono il campo di Higgs, che danno massa alla particella.
Visto che ci siamo, ecco una seconda famosa analogia: pensate ai giocatori schierati sul campo di calcio per una partita. Sono tutti accomunati dalla loro presenza sul campo e dal fatto di poter giocare con la palla; quindi campo e palla sono gli elementi unificanti della situazione. Inoltre, considerate che prima della partita, ogni giocatore è considerato uguale dal punto di vista delle abilità e caratteristiche, e poi la loro interazione con campo e palla che fa venir fuori le loro caratteristiche, ma prima del fischio d’inizio, si può dire che sono in completa simmetria. Ora, è come se Higgs avesse teorizzato una partita della massa che ha come protagoniste le particelle, identificando di questa partita il campo, la palla e le regole di gioco. Ovvero che ogni particella, che ne era originariamente priva, ha acquisito uno specifico valore di massa in base a come ha interagito con un nuovo e particolare tipo di bosone, venendo meno in tal modo o, come viene detto in fisica, rompendosi la simmetria iniziale. Sulla base di tale meccanismo la teoria di Higgs ci ha permesso per un tipo di particelle, i bosoni, di “vedere” la partita, dandoci la possibilità di giustificare pienamente i voti della pagella, ossia, nel nostro caso, le misure sperimentali; per l’altro tipo di particelle, i fermioni, con modalità differenti, di conoscere in modo più indiretto lo svolgimento della partita, consentendo conclusioni meno rigorose.
simulazione di un campo di Higgs che crea massaVa aggiunto che presupposto della teoria è anche che il campo e la palla si trovino ovunque nell’universo, vuoto compreso, ciò che avrebbe reso, ed ancora renderebbe in appropriate condizioni, il giocare la partita per le particelle un evento irrinunciabile. Esistono poi delle ragioni fisico-teoriche ben precise, ma che è piuttosto difficile semplificare, per cui l’acquisizione della massa secondo le modalità ipotizzate sarebbe avvenuta in una fase precocissima della evoluzione del nostro universo.
Quello che si cerca di fare al LHC, in questo caso, è ricreare condizioni simili a quelle del Big Bang, in modo da osservare in diretta il fenomeno che da massa alle particelle, previsto dalla teoria di Higgs. In caso di successo, il bosone di Higgs sarebbe visto come quella cosa che muovendosi crea intorno a se massa.
Ed eccoci alla seconda questione. Perché dovrebbe importarci qualcosa ? Beh la mia risposta è che la ricerca del sapere, l’amore per il sapere fa profondamente parte del nostro essere umani, e siamo alla ricerca del sapere più che di un obiettivo utile. Ma questa è la mia risposta, in quanto filosofo, e non nego l’importanza ovvia delle utilità ricavabili da esperimenti come questi.
Tuttavia è impossibile dire quali sviluppi tecnologici e scientifici ci offrirà il LHC, ma quelle che tutti questi scienziati stanno studiando sono le leggi fisiche più basilari e importanti, che descrivono tra le tante cose la materia stessa, e la sua natura. Riuscire a capire meglio le regole della fisica, ci permetterà anche di usarle molto meglio.
La scienza è un po un giocare a indovinare, quando si tratta di applicazioni che possono nascere da esperimenti fisici. E’ davvero difficile immaginare l’infinità di applicazioni che potrebbero nascere dal uso di nuove scoperte fisiche. Jon Butterworth, uno dei fisici del CERN che lavora al rilevatore ATLAS, ha citato uno dei fisici più famosi del XIX°secolo, Michael Faraday,riguardo alle applicazioni pratiche che si potevano trarre dai suoi esperimenti: “non ho idea di come potrebbero essere utili in futuro, ma sono sono sicuro che i politici troveranno il modo di tassarle”.
Brian Cox, altro fisico del ATLAS, ha dichiarato in un intervista al BBC: “Il LHC è parte di un viaggio che stiamo facendo da ormai 100 anni, in cui cerchiamo di capire e scoprire i mattoni per la costruzione della materia e le forze che servono per tenerli insieme. Questo viaggio, ci ha offerto, per esempio, il transistor e i cip al silicio, due delle cose su cui tutta l’elettronica moderna si basa, e le cui implicazioni sono state enormi, inoltre ci ha dato il modo di sconfiggere persino alcuni tipi di cancro, e la lista potrebbe continuare a lungo.”
La NASA anche ha dato vita a rivoluzioni tecnologiche simili, nella sua impresa scientifica spaziale, creando la tecnologia necessaria alle telecomunicazioni, il memory foam, filtri per l’acqua, e la tecnologia senza fili. E questo è per dire alcune delle cose più banali che usiamo sempre ma che pochi sanno da dove sono originate.
E’ quindi impossibile dire quali saranno i sviluppi che verranno dalla ricerca avanzata come nel caso del LHC.
Una delle cose però che potrebbe davvero rivoluzionare la nostra esistenza, è la fusione nucleare controllata. Praticamente si tratterebbe della stessa energia del Sole, il che ci offrirebbe energia pulita e gratuita per sempre. A differenza della fissione nucleare, usata per le attuali centrali nucleari, dove un nucleo atomico viene scisso, liberando energia, nel caso della fusione, due nuclei atomici verrebbero spinti l’uno contro l’altro fino alla fusione, e questo libererebbe un enorme quantità di energia. Non ci sarebbero i pericoli e rischi della fissione, dato che non c’è alcun rischio di reazioni a catena come nel caso di Chernobyl, e non ci sarebbe alcun modo di usare questa tecnologia per armi, per non parlare del fatto che non ci sarebbero neanche le scorie di adesso.
La fusione nucleare è infinitamente difficile però da ottenere e tenere stabile. Quello che si cerca di fare è spingere due nuclei atomici l’uno conto l’altro, nonostante entrambi abbiano una carica positiva. La forza repulsiva è enorme, quindi dovresti fornire enormi quantità di energia per compensare. La carica repulsiva contro cui si lotta fa parte della forza elettromagnetica, quella che porta i fotoni insomma. Una volta che si è riusciti a far avvicinare abbastanza i due nuclei(circa il diametro di un protone di distanza) interviene la forza Forte, che attira i nuclei l’uno contro l’altro nonostante la carica repulsiva. La Forza Forte è circa 100 volte più potente di quella elettromagnetica, quindi l’energia guadagnata dall’attrazione della forza Forte è più grande dell’energia necessaria per spingere i due nuclei vicini. Ed ecco che hai un energia extra disponibile.
L’energia extra liberata deve andare da qualche parte, e quindi il nuovo nucleo deve liberare un neutrone o protone, in base al tipo di reazione avuta.

L’attuale enorme problema con questa tecnologia è appunto la quantità enorme di energia necessaria nel primo luogo, e nel secondo il fatto che crea temperature altissime.
Un gruppo di scienziati e fisici da tutto il mondo, lavora al ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) in Francia, dove stanno cercando i modi in cui risolvere i problemi relativi alla fusione.
Ed è qui che entra in gioco il LHC. Riuscire a capire meglio come questo tipo di interazioni avvengono, e conoscere la natura delle particelle quantistiche coinvolte, potrebbe offrire nuovi modi di usare la fusione. Una delle più recenti divisioni create all’interno del CERN, ha come obiettivo riuscire a raffreddare la fusione nucleare, e lavora in stretto contatto con i fisici del LHC e del ITER.
concept per il prototipo del reattore a fusione nucleare al ITERCosi, il sistema di raffreddamento sviluppato al CERN verrà usato al ITER, che ha come obiettivo quello di creare il primo prototipo di reattore a fusione pienamente funzionante entro il 2040.
In conclusione, quello che sta succedendo al LHC in questi tempi, sta letteralmente riscrivendo i libri di fisica e sta rivoluzionando il modo di fare esperimenti fisici. Il LHC sta producendo collisioni di diversi ordini di grandezza più potenti di quelle mai ottenute, quindi gli scienziati sono al lavoro sul cercare di tirare fuori quanti più dati possibili, e prima di pensare alle future possibili applicazioni, al CERN/LHC stanno cercando di dare le grandi risposte alle grandi domande della fisica: origine della massa, materia oscura, nascita del universo e big bang, altre dimensioni possibili, e tante altre.
http://www.phy.uct.ac.za/courses/phy400 ... higgs3.htmhttp://www.exploratorium.edu/origins/ce ... higgs.htmlhttp://www.phy.uct.ac.za/courses/phy400 ... higgs1.htmFonte: http://link2universe.wordpress.com/2010 ... -cercando/