Paul Sparks
0 
964
56
Dieci anni fa, è stato acceso il più grande strumento scientifico del mondo e ha avuto inizio una dinastia di ricerca.
Il 10 settembre 2008, un raggio di protoni è stato sparato per la prima volta attorno all'intero anello lungo 16,5 miglia (27 chilometri) del Large Hadron Collider (LHC), il distruttore di atomi di energia più grande e più alto del mondo mai costruito. Situato presso il laboratorio del CERN, appena fuori Ginevra, in Svizzera, l'LHC è stato costruito per frantumare fasci di protoni altamente energetici insieme a velocità prossime alla luce. L'obiettivo dichiarato era quello di creare e scoprire il bosone di Higgs, l'ultimo tassello mancante del Modello Standard, la nostra migliore teoria per il comportamento della materia subatomica. Ma l'obiettivo era più grande di quello. In realtà quello che volevamo fare era scoprire qualcosa di completamente inaspettato, così grande e così nuovo che avrebbe dovuto riscrivere i libri di testo.
E l'LHC non si è attivato silenziosamente. Nelle settimane e nei mesi precedenti, la stampa era zeppa di storie senza fiato di paure che l'LHC avrebbe creato un buco nero che avrebbe distrutto la Terra. I media hanno fatto un buon lavoro dissipando le oscure affermazioni, ma la storia era semplicemente troppo bella per non essere stampata, anche tra i punti di stampa, online e televisivi più responsabili..
Il laboratorio del CERN in cui è ospitato l'LHC ha deciso di invitare la stampa a vedere la trave inaugurale dell'LHC. La frenesia del buco nero ha fatto sì che i media si presentassero in grande stile. BBC, CNN, Reuters e molte dozzine di media internazionali erano presenti per i festeggiamenti. Buchi neri a parte, era una scelta pericolosa dal punto di vista delle pubbliche relazioni: gli acceleratori nuovi di zecca sono bestie schizzinose, e l'LHC lo era particolarmente. Consiste di migliaia di magneti e decine di migliaia di alimentatori, elettronica di monitoraggio e altro ancora. Il minimo contrattempo avrebbe potuto ritardare, per giorni o settimane, la prima riuscita circolazione del raggio. [Foto: il più grande smasher di atomi del mondo (LHC)
Ci furono alcuni momenti di tensione quella mattina. I primi tentativi fallirono a causa di alcuni alimentatori ribelli. Tuttavia, appena prima delle 10:30 ora locale, gli operatori dell'acceleratore hanno infilato con successo un fascio di protoni a bassissima intensità attraverso l'intero complesso. Poiché l'LHC è essenzialmente costituito da due acceleratori - per accogliere i raggi che vanno in direzioni opposte - il passo successivo è stato quello di guidare un raggio attraverso il secondo set di tubi del raggio. È successo poco dopo il primo successo. I media di tutto il mondo hanno annunciato il risultato tecnico letteralmente come era successo. La fisica delle particelle raramente ottiene quel tipo di visibilità mediatica.
Nonostante l'entusiasmo mondiale, ciò che è stato realizzato quel giorno è stato relativamente modesto. I fasci a bassa energia e bassa intensità provenienti dagli acceleratori di alimentazione erano stati iniettati nell'LHC. Le travi hanno girato intorno all'anello un paio di volte, a bassa energia, il che significa l'energia più bassa per cui l'LHC è stato progettato. Il modo in cui funziona l'LHC è che accetta un fascio di particelle da acceleratori più piccoli e quindi accelera il raggio a un'energia oltre 15 volte superiore a quella ricevuta. In questo primo tentativo, non c'è mai stata alcuna intenzione di accelerare il raggio. Basta farlo girare con successo sul ring.
Inoltre, l'intensità delle travi era inferiore a un decimilionesimo dell'intensità di progetto. Nei fasci di particelle, l'intensità è simile alla luminosità quando si parla di luce. I fasci possono essere resi più intensi aggiungendo più protoni o concentrando il fascio su una dimensione più piccola. Quel giorno, la focalizzazione era ancora un obiettivo futuro e solo pochissimi protoni furono inseriti nell'acceleratore. E inizialmente, il tempismo dell'elettronica dell'acceleratore non era del tutto corretto. Quindi, c'era chiaramente una strada da percorrere.
Ma non importa. È stato emozionante, ed è stato sicuramente un importante trampolino di lancio verso la piena operatività. I tappi sono stati aperti. Lo champagne era bevuto. Le spalle sono state schiaffeggiate e sono state scattate foto. E 'stata una buona giornata.
Non ero al CERN per il primo raggio. Dopotutto, il mio interesse per il programma LHC è usarlo per distruggere particelle ad alta energia, e tutti sapevano che non si sarebbero verificate collisioni in quel momento. Invece, ero al Fermilab, il laboratorio di punta degli acceleratori di particelle d'America e l'istituto di ricerca più impattante per lavorare sull'analisi dei dati LHC, oltre allo stesso CERN. I due laboratori hanno una relazione tra fratelli e ci tifiamo a vicenda quando viene superato un ostacolo tecnico. Al Fermilab, abbiamo deciso di organizzare un pigiama party per gli scienziati e la comunità locale la notte del 10 settembre. È stato straordinario. Centinaia di persone del posto si sono presentate alle 2:00 del mattino e hanno aspettato la corretta circolazione del raggio alle 4:30 ora locale. Andavo in giro, parlando con membri del pubblico, giornalisti che non riuscivano a convincere i loro editori a mandarli in Europa e altri scienziati. Gli applausi della folla erano abbastanza forti che mi piace pensare che potessero sentirli al CERN, 4.400 miglia a est.
Naturalmente, i successi della mattina del 10 settembre 2008 sono stati molto importanti, ma sono stati solo un passo verso il risultato desiderato, che è stato quello di mettere in servizio l'acceleratore di particelle più potente del pianeta. Per fare ciò, i 1.232 magneti giganti che circondano l'LHC dovevano essere messi alla prova e testati a piena corrente elettrica. Quindi, lo staff dell'acceleratore del CERN ha rivolto la propria attenzione a finirlo. Ed è lì che le cose sono andate storte. Il 22 settembre, gli operatori stavano scuotendo l'ultima serie di magneti, quando un giunto di saldatura difettoso ha causato il surriscaldamento di una sbarra di rame, facendola fondere, quindi un arco e quindi forare la bottiglia del thermos che conteneva l'elio liquido che ha permesso il magneti per resistere ai diecimila ampere di corrente che hanno reso possibili i potenti campi magnetici. [Galleria: cerca il bosone di Higgs all'LHC]
Con quella foratura, l'elio è stato rilasciato ad alta pressione ... formando un getto sufficientemente forte da spingere lateralmente un magnete da 35 tonnellate di 18 pollici e tirare fuori le staffe di montaggio dal solido cemento. L'elio era a meno 450 gradi Fahrenheit e si è raffreddato lungo il tunnel LHC per un miglio attorno al danno. La riparazione del danno e l'aggiunta di ulteriori dispositivi di protezione dai guasti hanno richiesto più di un anno.
Era il 27 febbraio 2010 che lo staff dell'acceleratore LHC era pronto a riprovare. E, nel corso di circa un'ora e un quarto, hanno ripetuto l'esercizio, facendo di nuovo circolare le travi in direzioni opposte. Questa volta, lo sforzo è stato tentato senza prima avvisare i media. Ed è stato il 19 marzo che lo staff ha finalmente accelerato il raggio ad un'energia 3,5 volte superiore rispetto al precedente acceleratore da record mondiale, il Fermilab Tevatron. Mi è capitato di essere al CERN quel giorno e l'obiettivo è stato raggiunto nelle prime ore appena prima dell'alba. Ho guardato i monitor con i colleghi e, quando è stato dichiarato il raggio stabile, lo champagne, gli schiaffi e gli applausi si sono ripetuti, questa volta senza telecamere.
Da quel giorno, l'LHC è stato semplicemente un fenomeno scientifico ... che fornisce raggi straordinari a quattro rilevatori disposti attorno all'anello. La produzione scientifica fino ad oggi è stata prodigiosa, con i due esperimenti più grandi ciascuno che ha pubblicato oltre 800 articoli e l'intero programma di ricerca che ne ha pubblicati oltre 2.000.
La scoperta di maggior impatto negli ultimi dieci anni è stata il bosone di Higgs, l'ultimo pezzo mancante del modello standard della fisica delle particelle. È stato annunciato il 4 luglio 2012, ancora una volta a un pubblico mondiale, con una copertura di oltre un migliaio di stazioni televisive per un miliardo di spettatori. Ancora una volta, il mondo ha condiviso l'eccitazione della scoperta. [6 Implicazioni della ricerca di una particella del bosone di Higgs]
E il futuro dell'LHC è davvero luminoso. Sebbene gestiamo con successo la struttura da un decennio, l'intento è continuare a utilizzare l'acceleratore per fare scoperte. Attualmente, il piano è di continuare le operazioni per almeno i prossimi due decenni. Infatti, alla fine del 2018, si stima che gli esperimenti presso l'LHC avranno raccolto solo il 3% dei dati che verranno registrati nel corso della vita dell'impianto. Alla fine del 2018, l'LHC sospenderà le operazioni per due anni per lavori di ristrutturazione e aggiornamenti. Nella primavera del 2021 riprenderà le operazioni con rivelatori molto migliorati. Non è possibile sapere quali verità scientifiche scopriremo usando l'LHC. Questo è il bello del fare scienza ... se sapessimo cosa scopriremmo, non si chiamerebbe ricerca. Ma l'LHC è, senza dubbio, un gioiello intellettuale e tecnologico - un risultato di cui i ricercatori del passato potevano solo sognare. L'LHC può sondare le scale di distanza più piccole, le energie più alte e ricreare le ultime condizioni comuni nell'universo solo un decimo di trilionesimo di secondo dopo il Big Bang. È uno strumento di esplorazione e scoperta. E siamo solo all'inizio. Sarà glorioso.
Buon compleanno, LHC.
Don Lincoln è un ricercatore di fisica al Fermilab. È l'autore di "The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind" (Johns Hopkins University Press, 2014) e produce una serie di video di educazione scientifica. Seguitelo su Facebook. Le opinioni espresse in questo commento sono le sue.
Don Lincoln ha contribuito con questo articolo a Live Science's Expert Voices: Op-Ed & Insights.