CERN

Da Ufopedia.

Versione attuale delle 14:40, 10 ago 2015

Mappa della localizzazione dell'LHC e dell'SPS del CERN, al confine tra Francia e Svizzera nei pressi di Ginevra.

L'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (in inglese European Organization for Nuclear Research, in francese Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), comunemente conosciuta con la sigla CERN, è il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle. Si trova al confine tra Svizzera e Francia alla periferia ovest della città di Ginevra nel comune di Meyrin. La convenzione che istituiva il CERN fu firmata il 29 settembre 1954 da 12 stati membri. Oggi ne fanno parte 21 stati membri più alcuni osservatori, compresi stati extraeuropei.

Lo scopo principale del CERN è quello di fornire ai ricercatori gli strumenti necessari per la ricerca in fisica delle alte energie. Questi sono principalmente gli acceleratori di particelle, che portano nuclei atomici e particelle subnucleari ad energie molto elevate, e i rivelatori che permettono di osservare i prodotti delle collisioni tra fasci di queste particelle. Ad energie sufficientemente elevate, i prodotti di queste reazioni possono essere radicalmente differenti dai costituenti originali dei fasci, e a più riprese sono state prodotte e scoperte in questa maniera particelle fino a quel momento ignote.

La sigla

Dopo la seconda guerra mondiale si sentì il bisogno di fondare un centro europeo all'avanguardia per la ricerca al fine di ridare all'Europa il primato nella fisica dato che in quegli anni i principali centri di ricerca si trovavano tutti negli Stati Uniti. A tale scopo nel 1952 undici Paesi europei riuniscono un consiglio di scienziati con il compito di tradurre in realtà il desiderio dei loro Paesi. Il consiglio viene denominato Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare (in francese Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) da cui la sigla CERN. Quando nel 1954 prende vita il progetto del centro di ricerca europeo vagliato dal Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare e nasce l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, essa ne eredita la sigla.

Il fatto che la sigla CERN non derivi dal nome del centro di ricerca crea a volte confusione, tanto che tale nome viene informalmente modificato in Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (in francese Centre Européen pour la Recherche Nucléaire) in modo da ristabilire corrispondenza tra la sigla e il nome del centro di ricerca.

Il complesso degli acceleratori

Il complesso degli acceleratori del CERN (non in scala)

Il complesso degli acceleratori del CERN comprende sette acceleratori principali, costruiti in vari periodi a partire dalla fondazione dell'istituto. Fin dal principio, è stato previsto che ogni nuova e più potente macchina avrebbe utilizzato le precedenti come "iniettori", creando una catena di acceleratori che porta gradualmente un fascio di particelle ad energie sempre più elevate. Difatti, ogni tecnologia di accelerazione delle particelle ha dei ben precisi limiti di energia operativa massima e minima, e nessuna macchina del CERN oltre agli acceleratori lineari può accettare particelle "ferme".

Per consentire il funzionamento di questa catena, tutte le funzioni degli acceleratori sono coordinate da un unico segnale di riferimento, generato da un sistema di orologi atomici e distribuito per tutta l'installazione, con una precisione dell'ordine del nanosecondo.

Gli acceleratori principali a disposizione del CERN sono:

• Due LINAC, o acceleratori lineari, che generano particelle a basse energie, che successivamente vengono immesse nel PS Booster. Uno fornisce protoni a 50 MeV, l'altro ioni pesanti. Sono noti come Linac2 e Linac3, rispettivamente. Tutta la catena di acceleratori successiva dipende da queste sorgenti.
• Il PS Booster, che aumenta l'energia delle particelle generate dai LINAC prima di iniettarle nel PS. (fino a 1,5 GeV per i protoni). Viene inoltre utilizzato per esperimenti separati, come ad esempio ISOLDE (Isotope Separator On-line), che studia nuclei instabili di isotopi molto pesanti ed è dotato di un suo piccolo LINAC dedicato chiamato REX-ISOLDE.
• Il Proton Synchrotron da 28 GeV (PS), costruito nel 1959.
• Il Super Proton Synchrotron (SPS), un acceleratore circolare di 2 km di diametro, costruito in un tunnel, che iniziò a funzionare nel 1976. Originariamente aveva un'energia di 300 GeV, ma è stato potenziato più volte fino agli attuali 450 GeV per il protone. Oltre ad avere una propria linea di fascio rettilinea per esperimenti a bersaglio fisso, ha funzionato come collisore protone-antiprotone e come booster finale per gli elettroni e i positroni da iniettare nel Large Electron Positron Collider (LEP). Ha ripreso questo ruolo per i protoni e gli ioni piombo richiesti dall' LHC.
• Il Large Hadron Collider (LHC), entrato in funzione il 10 settembre 2008, che ha rimpiazzato il LEP. Si estende su una circonferenza di 27 chilometri ed è stato progettato per 7 TeV di energia massima per fasci di protoni, con la previsione di innalzarla successivamente a 14 TeV; è la più alta della storia e dovrebbe permettere condizioni sperimentali paragonabili a quelle dei primi momenti di vita dell'Universo, subito dopo il Big Bang.

Il 21 settembre 2008, pochi giorni dopo l'inaugurazione, l'LHC ha presentato una fuga di Elio con il conseguente innalzamento della temperatura sopra i -270 gradi centigradi. Il guasto ha costretto i ricercatori a spegnere l'acceleratore per quasi due mesi, per riparare il guasto e riportare la temperatura ai valori necessari. L' LHC è ripartito il 20 novembre 2009.

Successi scientifici

Alcuni importanti successi nel campo della fisica delle particelle sono stati possibili grazie agli esperimenti del CERN. Per esempio:

• La scoperta della corrente debole neutra nel 1974 nella camera a bolle Gargamelle.
• La scoperta dei bosoni W e Z nel 1983 negli esperimenti UA1 e UA2 dell'SPS.
• Nel 1984 il Premio Nobel per la fisica fu assegnato a Carlo Rubbia e Simon van der Meer per quest'ultima scoperta.
• Nel 1992 il Premio Nobel per la fisica fu assegnato a Georges Charpak "per l'invenzione e lo sviluppo dei rivelatori di particelle, in particolare della camera proporzionale a multifili".
• Nel 1995 la prima creazione di atomi di Anti-idrogeno nell'esperimento PS210 al Low Energy Antiproton Ring.
• Nel 2012 la scoperta di un nuovo bosone compatibile con il Bosone di Higgs che ha portato al conferimento del Premio Nobel per la fisica a Peter Higgs e François Englert.

LEP

Il Large Electron-Positron (LEP) collider è stato il progetto principale al Cern dal 1989 al 2000. Questa macchina è stata in grado di accelerare elettroni e positroni fino a 100 GeV, un'energia cinetica che corrisponde a velocità prossime a quelle della luce. L'acceleratore è stato costruito in un tunnel sotterraneo di 27 km, a circa 100 metri di profondità, ed era composto in gran parte da magneti collegati l'uno all'altro lungo tutto il tunnel, che curvano la traiettoria delle particelle accelerate mantenendole in "orbita" nel tubo a vuoto che li attraversava al centro. A intervalli regolari, tra questi magneti noti come dipoli erano interposte le camere di accelerazione che effettivamente fornivano energia alle particelle, e magneti più complessi necessari per guidare il fascio (quadrupoli, sestupoli, etc.) Questa è la tecnologia del sincrotrone, utilizzata in tutte le macchine del CERN dal PS Booster in poi.

Lo scopo di questo progetto è stato osservare cosa succede quando si scontrano elettroni e positroni. Fino alla fine del 1995, l'obiettivo del LEP è stato studiare la particella Z⁰ (LEP1): dal 1995 in poi l'energia è stata gradualmente aumentata per studiare la produzione di coppie di bosoni W⁺/ W^- e per portare avanti la ricerca della particella di Higgs e di nuovi fenomeni al di là del Modello standard. Ci sono infatti forti ragioni teoriche per aspettarsi che tutta una nuova fisica si debba aprire ad energie non troppo più alte della massa dell'Higgs. Il bosone Higgs, se esiste, è la causa dell'esistenza della materia. I risultati principali di LEP sono stati:

• Dimostrare che esistono solo 3 neutrini
• Verificare che il bosone Higgs può esistere veramente
• Studiare approfonditamente il bosone Z⁰ responsabile dell'interazione debole
• Misurare la massa del bosone W
• Misurare la massa del quark top tramite correzioni radiative

LHC, l'acceleratore del futuro

La costruzione del rivelatore CMS

Gran parte del lavoro che viene svolto attualmente al CERN è incentrato sul Large Hadron Collider (LHC) (grande collisore di adroni) e agli esperimenti collegati. L'LHC è stato messo in funzione il 10 settembre 2008,^[1] ma la parte sperimentale è stata interrotta pochi giorni dopo a causa di un guasto tecnico.

L'acceleratore è situato all'interno dello stesso tunnel circolare di 27 km di lunghezza in precedenza utilizzato dal LEP (Large Electron Positron collider), che non è più operativo dal novembre 2000. Il complesso di acceleratori PS/SPS viene utilizzato per pre-accelerare i protoni che in seguito vengono immessi nell'LHC. Il tunnel si trova a 150 m di profondità, in una regione compresa tra l'aeroporto di Ginevra e i monti del Giura. Cinque diversi esperimenti (CMS, ATLAS, ALICE, LHCb e TOTEM) sono attualmente previsti ognuno dei quali studia le collisioni tra particelle con metodi diversi e facendo uso di tecnologie differenti.

Al momento della collisione, l'energia all'interno dell'LHC raggiunge valori che saranno gradualmente innalzati fino a 14 TeV. L'acceleratore necessita di un fortissimo campo magnetico per mantenere il fascio nella traiettoria dei 27 km e a tal fine viene utilizzata la tecnologia dei superconduttori. La progettazione dell'LHC ha richiesto una precisione straordinaria, basti pensare ad esempio che è necessario tenere conto dell'influenza della forza di attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna sulla crosta terrestre e dei disturbi elettrici provocati dal passaggio dei treni in superficie ad un chilometro di distanza.

Il CERN e l'informatica

Il computer NeXT di Tim Berners-Lee che divenne il primo Web server, esposto al Museo Microcosm del CERN.

Il primo computer arrivò al CERN nel 1959. ^[2] Da allora i fisici cominciarono ad avvalersi di strumenti informatici. Uno dei protagonisti di questa storia è stato l'italiano Paolo Zanella, capo della divisione informatica per 13 anni, tra il 1976 e il 1989. Per la fisica cominciò una nuova era di ricerca in cui gli esperimenti producevano una mole di dati tale da rendere impossibile la sola elaborazione umana. I fisici si rassegnarono all'utilizzo di calcolatori e software per filtrare ed elaborare la montagna di dati alla ricerca degli eventi ritenuti significativi per l'esito degli esperimenti. Successivamente si sperimentò il collegamento di più calcolatori fra di loro: fu la volta della prima rete di computer. Piano piano, nacque al CERN uno dei centri di calcolo più potenti in Europa, dedicato alle richieste sempre più esigenti dei nuovi esperimenti e della capacità sempre più spinta di acquisizione dati delle strumentazioni collegati ai nuovi acceleratori.

Dove è nato il Web

Immagine del primo browser web.

Il World Wide Web è nato al CERN nel 1989, da un'idea di Tim Berners-Lee e Robert Cailliau. Nacque come progetto marginale nel 1980 chiamato ENQUIRE basato sul concetto dell'ipertesto (anche se Berners-Lee ignorava ancora la parola ipertesto). Con lo scopo di scambiare efficientemente dati tra chi lavorava a diversi esperimenti è stato introdotto al CERN nel 1989 con il progetto WorldWideWeb, il primo browser sviluppato sempre da Berners-Lee. Inoltre Tim Berners-Lee sviluppò le infrastrutture che servono il Web e cioè il primo web server.

Il 30 aprile 1993 il CERN annunciò che il World Wide Web sarebbe stato libero per tutti.^[3]

Nel 1993 la NCSA rilasciò il primo browser grafico, Mosaic. Da quel momento lo sviluppo del www fu inarrestabile.

Un laboratorio di pace

Al CERN persone da tutte le parti del mondo si incontrano, collaborano, discutono. Riescono a lavorare insieme persone provenienti da paesi in guerra tra loro, ad esempio israeliani e palestinesi. In questo senso il CERN è un laboratorio di pace.

« Il CERN è stato fondato meno di 10 anni dopo la costruzione della bomba atomica. Penso che l'esistenza della bomba abbia avuto una grande importanza nel rendere possibile il CERN. L'Europa è stata teatro di violente guerre per più di duecento anni. Adesso, con la fondazione del CERN, abbiamo qualcosa di diverso. Spero che gli scienziati al CERN si ricordino di avere anche altri doveri oltre che proseguire la ricerca nella fisica delle particelle. Essi rappresentano il risultato di secoli di ricerca e di studio per mostrare il potere dello spirito umano, quindi mi appello a loro affinché non si considerino tecnici, ma guardiani di questa fiamma dell'unità europea, così che l'Europa possa salvaguardare la pace nel mondo. »

Isidor Isaac Rabi, in occasione del trentesimo anniversario del CERN (1984)

Stati membri

Blu sono i Paesi fondatori e Verde sono i Paesi che si sono uniti in seguito

Attualmente fanno parte del CERN venti stati membri.

I paesi fondatori del CERN sono:

• Belgio
• Danimarca
• Francia
• Germania
• Grecia
• Italia
• Jugoslavia, che esce dal CERN nel 1961
• Norvegia
• Paesi Bassi
• Regno Unito
• Svezia
• Svizzera

A questi si sono aggiunti:

• Austria nel 1959,
• Spagna nel 1961, esce dal CERN nel 1969 e rientra nel 1983
• Portogallo nel 1985,
• Finlandia nel 1991,
• Polonia nel 1991,
• Ungheria nel 1992,
• Repubblica Ceca nel 1993,
• Slovacchia nel 1993,
• Bulgaria nel 1999,
• Israele nel 2013.

Budget 2009

Cambio: 1 CHF = 0,818 EUR (24/12/2011)

Note

1. ↑ CERN announces new start-up schedule for world’s most powerful particle accelerator
2. ↑ intervista a Paolo Zanella
3. ↑ Una copia della prima pagina web creata da Berners-Lee

Collegamenti esterni

• sito ufficiale del CERN
• Recruitment and training opportunities at CERN