LHC (Large Hadron Collider) & Particella di dio

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1 LHC (Large Hadron Collider) & Particella di dio

2 LHC Il Large Hadron Collider (in italiano: grande collisore di adroni,abbreviato LHC) èun acceleratore di particelle, situato presso il CERN di Ginevra. L'LHC èl'acceleratore di particelle piùgrande e potente finora realizzato. Può accelerare protoni e ioni pesanti fino al 99, % della velocitàdella luce e farli successivamente scontrare, raggiungendo attualmente un'energia, nel centro di massa, di 7 teraelettronvolt (si prevede che agli inizi del 2013 tale energia possa arrivare a 14 teraelettronvolt). Simili livelli di energia non erano mai stati raggiunti fino ad ora in laboratorio. È costruito all'interno di un tunnel sotterraneo lungo 27 km situato al confine tra la Francia e la Svizzera, in una regione compresa tra l'aeroporto di Ginevra e i monti Giura, originariamente scavato per realizzare il Large Electron-Positron Collider (LEP). Il tunnel si trova a 100 m di profonditàin media. I componenti piùimportanti dell'lhc sono gli oltre 1600 magneti superconduttori raffreddati alla temperatura di 1,9 K (-271,25 C) da elio liquido superfluido che realizzano un campo magnetico di circa 8 tesla, necessario a mantenere in orbita i protoni all'energia prevista. Il sistema criogenico dell'lhc èil piùgrande che esista al mondo.

3 Finalità scientifiche I fisici di tutto il mondo si propongono di utilizzare LHC per avere risposte a varie questioni che reputano fondamentali per il proseguimento dell'indagine fisica. Qual èl'origine della massa? In particolare, esiste il bosone di Higgs, particella prevista nel Modello standard per dare origine alle masse delle particelle? Perchéle particelle elementari presentano masse diverse? In altri termini, le particelle interagiscono con il campo di Higgs? Secondo alcune teorie il 95% della massa dell'universo è costituito da materia diversa da quella ordinaria. Di che si tratta? In altre parole, cosa sono la materia oscura e l'energia oscura? Esistono le particelle supersimmetriche (SUSY)? Esistono altre dimensioni oltre alle tre spaziali e quella temporale, come previste da vari modelli di teoria delle stringhe? Quali sono le caratteristiche della violazione di CP che possono spiegare l'asimmetria tra materia e antimateria, cioè la quasi assenza di antimateria nell'universo? Cosa si può conoscere con maggiori dettagli di oggetti già noti (come il quark top)?

4 èun progetto di calcolo distribuito iniziato il 1ºsettembre 2004 con lo scopo di raccogliere dati attraverso simulazioni per migliorare il funzionamento del Large Hadron Collider, un progetto del CERN, con sede a Ginevra in Svizzera, per la costruzione di un acceleratore di particelle, divenuto operativo nel settembre La parte di calcolo èsvolta da un software chiamato "SixTrack" creato da Frank Schmidt, che utilizza la struttura del Berkeley Open Infrastructure for Network Computing ed èutilizzabile solamente su Microsoft Windows. SixTrack simula il percorso delle particelle attraverso la macchina lunga 27 km per evidenziare le traiettorie che queste seguirebbero all'interno dell'acceleratore. Ogni unitàdi lavoro calcola o di orbite per un gruppo di 60 particelle, che nella realtàdurerebbe circa 10 secondi. I dati prodotti vengono poi utilizzati per migliorare i parametri di funzionamento dei magneti, facendo collimare maggiormente i fasci, rendendone le traiettorie più stabili e aumentando cosìla probabilitàdegli scontri di particelle.

5 Bosone Di Higgs Il bosone di Higgs èuna ipotetica particella elementare, massiva, scalare, prevista dal modello standard della fisica delle particelle. Nell'ipotesi che esista, sarebbe l'unica particella del modello a non essere stata ancora osservata. Essa giocherebbe un ruolo fondamentale: la teoria la indica come portatrice di forza del campo di Higgs, che si ritiene permei l'universo. Il campo di Higgs, mediante rottura spontanea di simmetria dei campi elettrodebole e fermionico, conferirebbe la massa alle particelle. L'importanza del bosone di Higgs nel modello standard èanche dovuta al fatto che esso può garantirne la consistenza: infatti senza la sua esistenza il modello standard si rivelerebbe inefficace, dato che descriverebbe processi con una probabilità maggiore di uno. Pur non essendo mai stata osservata, secondo una parte della comunitàscientifica vi sarebbero alcuni indizi dell'esistenza di questa particella.

6 Uno dei compiti fondamentali a cui èdestinato il grande anello di collisione del CERN, LHC, è la sua creazione e osservazione. All'origine della teoria di Higgs c'è la constatazione che le particelle posseggono un'amplissima varietàdi masse, dalla piùpiccola (la massa dell'elettrone) alla piùgrande, cioèla massa del quarktop(pari a circa volte quella dell'elettrone). I valori delle diverse masse non sembrano avere una relazione fra loro; non solo, ma laversione più semplice del Modello Standard richiede che tutte le particelle abbiano massa pari a zero. Il campo di Higgs èstato introdotto per conciliare queste due esigenze. Higgs ha proposto che tutto lo spazio-tempo sia permeato da un campo, il campo di Higgs, simile per alcuni versi a un campo elettromagnetico. Quando le particelle si muovono nello spazio-tempo si muovono anche nel campo di Higgs e, interagendo con esso, acquisiscono una massa. Piùègrande l'interazione delle particelle con il campo e piùla massa acquisita ègrande. Questa interazione può essere considerata simile all'azione di forze viscose che agiscono su particelle che si muovono in un liquido denso. Piùègrande l'interazione con il liquido e maggiore sembra essere la loro massa, dato che la massa può essere vista anche come la resistenza alle variazioni di moto. Immerse nel campo di Higgs, le particelle assorbirebbero la massa in relazione alla propria capacitàe alle proprietàdel campo. Questo èun campo a valore costante, anche nel vuoto, e di tipo scalare (cioènon vettoriale, ossia determinato soltanto da un valore numerico e non anche da una direzione). Poichédalla teoria dei quanti discende che ogni campo ha una particella associata a esso, un bosone (come il fotone per il campo elettromagnetico), il campo di Higgs prevede l'esistenza della particella o bosone di Higgs

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