CERN, cosa fanno ed a cosa serve?

CERN, cosa fanno ed a cosa serve? (4.80/5) su 191 voti

Scrivo questo articolo in quanto a Luglio 2014 PassioneScienza sarà in visita ai laboratori del CERN di Ginevra! Stay tuned…

Il CERN di Ginevra è la punta di diamante della ricerca scientifica europea e mondiale. Qui la sperimentazione e la ricerca raggiungono livelli che non possiamo nemmeno immaginare. Ma, nello stile di PassioneScienza, partiamo dall’inizio e rendiamo la cosa comprensibile a tutti.

atomoUn filosofo greco di nome Democrito, nel 400 A.C. aveva intuito che qualsiasi oggetto era costituito da minuscoli granelli di materia, come la sabbia forma una spiaggia. Decise così di chiamarli atomos che in greco significa indivisibile: pensava fosse la parte più piccola in cui è possibile spezzare la materia. Un grande traguardo per un uomo vissuto 2000 anni fa. Fin troppo grande, infatti Aristotele non considerò la sua teoria e venne dimenticata fino all’era moderna.

Nel 1600 Galileo Galilei, tralasciando le sue grandi scoperte, creò la “scienza e gli scienziati” definendo il metodo scientifico, ovvero il cuore stesso della scienza. Cose che per noi oggi sono ovvie, nel 1600 vennero consolidate e rese chiare per la prima volta. Si capì che per scoprire e definire qualcosa in modo scientifico bisogna prima di tutto sperimentarlo, raccogliere informazioni ed infine documentarlo nel modo più semplice possibile escludendo ogni tipo di errore. Prendiamo ad esempio un sasso che cade da 10 metri e raggiunge terra. Newton-e-la-mela2Prima chiunque avrebbe espresso la sua opinione filosofeggiando: cade perché il cielo lo spinge verso il basso, cade perché si tratta di materia del demonio e viene attratta dagli inferi e via dicendo. Il metodo scientifico propone di esaminare il caso, calcolando quanto tempo il sasso impiega a percorrere quei 10 metri, inoltre accelerando. Si ricava così l’accelerazione di gravità! Da un semplice oggetto che cade, gli scienziati completando le formule osservando i movimenti della luna del sole e dei pianeti, sono riusciti a ricavare la formula di gravitazione universale che descrive l’interazione degli oggetti nell’interno universo!

metodo scientificoCon l’introduzione del metodo scientifico naque la figura di scienziato, ed in tutto il mondo l’umanità iniziò a misurare, catalogare, risolvere. Dalle misurazioni naquero delle formule, come ad esempio la meccanica, la metereologia, la geologia e via dicendo. Lavoisier a distanza di 2000 anni da Democrito dimostrò l’esistenza degli atomi e diede le basi per la moderna chimica, dimostrando che vari elementi possono reagire tra di loro con precise proporzioni e ottenendo sempre i medesimi risultati.

Ma il metodo scientifico pone delle rigide ed ovvie regole di comportamento per lo scienziato. E’ possibile confermare solamente l’osservabile e quindi il misurabile e verificabile, non è permesso fantasticare su cose mai viste. Questo portò ad un problema non da poco, perché quando fu misurato tutto il misurabile, si scoprì che in realtà gli atomi sono a loro volta divisibili, ma che l’occhio umano e nessuno strumento pe quanto avanzato sia, è in grado di misurare ed osservare con precisione cosa accade al loro interno. Lo stesso problema si ripresentò quando Jocelyn Bell grazie ad un potente radio telescopio sentì un particolare suono provenire dalle profondità dello spazio. Qualcuno pensò ad un contatto alieno, altri semplicemente non le credettero. Si trattava in realtà di una Pulsar, una stella morta la cui materia è talmente densa che un cubetto di questo materiale può pesare fino a svariate migliaia di tonnellate!

Come hanno fatto gli scienziati a spiegare questi oggetti ed a sviluppare la meccanica quantistica, se non possono vedere all’interno di un atomo e se non possono viaggiare nell’universo per esaminare gli astri?

Semplice, inizialmente teorizzando, poi costruendo gli strumenti per verificare queste teorie. Una teoria per non essere carta straccia ha bisogno di essere verificata: se non posso andare nello spazio di persona per verificare, troverò un altro modo. Se non riesco a vedere all’interno di un atomo, troverò uno strada diversa. Ecco perché al CERN è stato costruito LHC.

Attualmente gli scienziati hanno dimostrato moltissime teorie, ma nonostante le abbiano dimostrare le considerano incomplete. Questo perché il nostro universo dovrebbe funzionare in base ad un unica teoria, che regola le pulsar come regola il battito del nostro cuore, che regola l’interno dell’atomo come regola il nostro sistema solare. Attualmente non abbiamo una “teoria del tutto” ma tante teorie ognuna da verificare, correggere e si spera unire per trovare finalmente la soluzione.

lhc_455464Esattamente quello che stanno facendo al CERN. Grazie ad LHC, una sorta di “potentissima fionda” i fisici scontrano tra di loro gli atomi che compongono la materia, creando esplosioni simili a quelle delle più potenti stelle, generando l’energia dell’ipotetico big bang, generando la materia che compone le Pulsar. Creano sulla Terra ciò che non è possibile verificare di persona perché fuori dalla nostra portata. I “teorici” sono gli scienziati che teorizzano e creano delle speciali formule atte a prevedere il risultato degli esperimenti. Poi ci sono gli “sperimentali” i quali testano con sofisticate apparecchiature se la teoria è corretta. Per esempio la teoria del bosone di Higgs prevede come certe collisioni tra particelle dovrebbero generare un segnale, un emissione di energia particolare.

cms_recordGli sperimentali tramite LHC hanno effettuato moltissime collisioni alla ricerca di questo segnale, nella speranza di poter verificare che la teoria di Higgs sia sulla giusta strada. Per anni non è mai stato trovato nulla, finché nel 2012 si ottenne qualche risultato. Siamo ancora tuttavia lontani dalla soluzione, poiché il metodo scientifico impone una rigida ricerca e la ripetibilità dei risultati. Non posso confermare una teoria se ottengo il risultato una volta su cento, ma devo ottenere sempre lo stesso risultato! Se non ottengo sempre lo stesso risultato è sintomo che la teoria si avvicina alla realtà ma manca ancora qualcosa, per spiegare quella piccola percentuale in cui il risultato non è stato ottenuto. Niente può essere lasciato al caso.

Ora che sappiamo come studiano e cosa stanno cercando al CERN con LHC, vediamo un po di numeri!

cern

LHC ovvero large hadron collider, è costituito principalmente da un anello di 27km scavato sottoterra attorno a Ginevra. Dentro questo anello scorre un tubo il quale contiene le particelle che vengono accelerate. lhcPer evitare che queste ultime “escano” dall’anello e perdano l’accelerazione, vengono utilizzati circa 1600 magneti superconduttori. Super conduttori significa che vengono raffreddati a -272°c con un processo di raffreddamento che è durato inizialmente circa tre mesi! A queste temperature i magneti diventano molto più potenti ed efficienti di un normale elettromagnete.

I consumi elettrici di LHC sono di circa 120 megawatt/ora, forniti da alcune centrali francesi ed in caso di insufficienza energetica anche da centrali svizzere. Considerando che una abitazione media consuma nel picco massimo 3000 watt, il consumo di LHC è pari al consumo di circa 40.000 abitazioni! L’equivalente prodotto da una centrale nucleare di piccole dimensioni…

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