CERN,LHC: Si riparte a fine estate 2009 (Intervista di G.Riccio a F.Intilla)

1. Cern, Large Hadron Collider (LHC):
Si riparte a fine estate 2009
Intervista di Gianluca Riccio a Fausto Intilla
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ATLAS, CMS, LHCb, ALICE, TOTEM, ...sono tutti acronomi che
stanno ad indicare gli esperimenti che verranno eseguiti all’interno del
Large Hadron Collider (l’ormai famoso acceleratore del CERN di
Ginevra) entro breve termine; con molta probabilità già entro la fine di
settembre 2009.
Uno di questi esperimenti, di cui si è discusso parecchio in ambito
scientifico e che ha avuto anche una notevole risonanza a livello
internazionale, attraverso le maglie dei mass media di tutto il mondo,
è sicuramente il progetto ATLAS. In questa intervista a Fausto Intilla,
cercheremo di scoprirne i motivi.
Fausto, innanzi tutto, cosa sta ad indicare l’acronimo ATLAS?
Letteralmente questo: “A Toroidal LHC Apparatus”, ovvero, un
apparato di forma toroidale (che ricorda quindi quello che in
matematica viene definito un Toro), posto all’interno del grande
anello del Large Hadron Collider. Come tutti gli altri apparati che hai
menzionato all’inizio, anche questo è in definitiva un rivelatore di
particelle; la differenza con gli altri cinque rivelatori è che esso è stato
progettato per livelli di energia molto più elevati, con lo scopo quindi
di rintracciare particelle estremamente energetiche. L’obiettivo di
LHC, è quello di produrre particelle sempre più pesanti, grazie allo
scontro di due fasci protonici all’interno dell’anello principale. Si
consideri che sino ad oggi, grazie agli esperimenti compiuti con gli
acceleratori più conosciuti, tutte le particelle previste dal Modello

2. Standard sono state osservate. Ulteriori particelle che dovessero venire
scoperte con gli ormai prossimi esperimenti al CERN, non
rientrerebbero quindi già più nel Modello Standard, e andrebbero a
costituire quella che solitamente viene definita, la “nuova fisica”. Vi è
però un’eccezione, ossia una particella che dovrebbe teoricamente
rientrare nel Modello Standard, per completarne in modo ottimale il
“quadro generale”, ma che purtroppo sino ad ora non è mai stata
osservata. Sto parlando ovviamente dell’ormai famigerato bosone di
Higgs, chiamata da molti anche “particella di Dio”.
Bene, e qui arriviamo ad un punto cruciale sul quale gradirei
proprio avere un tuo parere da esperto in materia. A tuo avviso,
quante probabilità ci sono di poter osservare il bosone di Higgs
con i prossimi esperimenti al Cern di Ginevra?
Ciò che in genere si presume, a proposito di tale particella, è che se
essa ha una massa di 220 GeV (gigaelettronvolt), la si troverà di certo
nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN; di fatto,una luminosità
integrata di soli 10^4 picobarn inversi sarà sufficiente per trovare il
bosone di Higgs.
A mio avviso comunque, se il bosone di Higgs non verrà identificato
neppure nei prossimi esperimenti all'ATLAS,ciò non creerà alcun
imbarazzo per i fisici che da diversi decenni ormai stanno cercando di
osservarlo. È vero che alcuni esperimenti compiuti nel corso
dell'ultimo decennio, hanno cominciato a limitare notevolmente lo
spazio parametrico per questa particella, ma finora non è mai emerso
nessun risultato significativo. A ben vedere,la teoria che descrive tale
particella scalare con spin nullo (ovvero il bosone di Higgs),ad un
livello assai profondo soffre di gravi problemi formali.Uno di questi
(...forse il peggiore),è che le particelle scalari sono notoriamente
sensibili alla nuova fisica che potrebbe subentrare a scale di energia
molto alte (come quelle che verranno utilizzate nel progetto
ATLAS,rimanendo nello specifico).Se le forze: forte,debole ed
elettromagnetica sono unificate ad una certa scala-livello di energia,e
il bosone di Higgs diventa parte di una struttura maggiore, diventa
virtualmente impossibile mantenere "leggera" la particella scalare
quando le particelle ad essa affini diventano "pesanti".Nel modello
standard non è possibile preservare la gerarchia delle scale in alcun
modo naturale.Tutto comunque si verrebbe a risolvere con
l'introduzione,a tal punto,del concetto di supersimmetria. Ogni bosone
e ogni fermione in una coppia supersimmetrica danno lo stesso
contributo alla massa efficace del bosone di Higgs,ma il loro

3. contributo è di segno opposto.In ultima analisi quindi,gli effetti di
tutte le particelle virtuali (dei fermioni e dei bosoni),si annullano
facendo sì che la massa del bosone di Higgs non risenta dell'influenza
della fisica a scale di energia più alte.Rimane comunque a questo
punto un problema di fondo:Se le particelle ordinarie vengono divise
in massa dalle loro partner supersimmetriche,viene a mancare il
meccanismo con cui le une e le altre si annullano nel calcolo degli
effetti delle particelle virtuali sulla massa di Higgs.Senza addentrarmi
in ulteriori dettagli tecnici,tirando le somme,è possibile giungere
all'idea che la scala di energia a cui i partner supersimmetrici della
materia ordinaria dovrebbero esistere,non può essere molto più alta
della scala della rottura di simmetria dell'interazione debole.Con i
futuri esperimenti al CERN,sarà quindi possibile stabilire una volta
per sempre, la fondatezza o meno del modello
supersimmetrico,ipotizzato già agli inizi degli anni '70.
L’estrema complessità della materia in questione, specialmente
per i non “addetti ai lavori”, vale a dire per la maggior parte dei
lettori di Futuro Prossimo, mi fa propendere a questo punto per
un ultima domanda: Quali sono i livelli di energia che verranno
impiegati nell’acceleratore del Cern? Saranno gli stessi dell’anno
scorso?
I fasci verranno fatti ripartire, inizialmente a basso regime, ossia a 450
GeV (gigaelettronvolt) per fascio. Questo servirà ad assicurarsi
sull'integrità e la perfetta funzionalità di nuove parti e connessioni.
Una parentesi: dei 53 magneti che si guastarono nel 2008, 37 sono
stati sostituiti con dei nuovi magneti, e 16 sono stati riparati.
In un paio di giorni circa, le energie verranno portate a 2 TeV
(teraelettronvolt) per fascio; in seguito il regime verrà portato al
livello operazionale (target prefissato) di 5 TeV per fascio. Il team di
ricercatori dell'ATLAS inizierà con lo studio delle collisioni nel mese
di luglio '09, e i primi dati importanti si potranno raccogliere ed
analizzare soltanto ad ottobre '09. Da ottobre in avanti, il Large
Hadron Collider continuerà ad essere attivo ininterrottamente per ben
11 mesi.
Non ci si aspetta comunque nessuna importante scoperta, ne per la
fine di quest’anno, e neppure per l’anno prossimo (2010); i risultati
più importanti e significativi, sono infatti attesi per il 2011.
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