1. GLI ACCELERATORI DI PARTICELLE
Fabbriche di particelle
Giocattoli per Fisici?
Gli acceleratori di particelle, creati dai fisici attorno al 1930-1950, sono strumenti di
indagine capaci di far viaggiare fasci di particelle a velocità prossime a quelle della
luce per poi scontrarli con un fascio analogo che viaggia in direzione opposta
oppure contro un bersaglio fisso tramite campi elettromagnetici.
Sono utilizzati nel campo della fisica per rilevare le particelle subatomiche,
permettendo di studiare l’intima struttura della materia, ricreando condizioni
simili a quelle che si sono avute subito dopo il Big Bang
2. COSA AVVIENE CONCETTUALMENTE IN UN URTOTRA
PARTICELLE ?
Due protoni vengono fatti urtare fra loro ad alta energia (accelerati da un
acceleratore) Nell’urto, una parte dell’energia cinetica dei protoni si trasforma in
materia.
Lo studio dei prodotti della collisione ci da informazioni per capire cosa è avvenuto
3. QUANTI TIPI DI ACCELERATORI ESISTONO?
Esistono 3 tipi di acceleratori: lineare, ciclotrone e sincrotrone.
4. LINAC: ACCELERATORI LINEARI
Nell’acceleratore lineare (LINAC) le particelle sono accelerate lungo un percorso rettilineo contro un
bersaglio fisso. Sono costituiti da tubi in successione di lunghezza crescente, inseriti in una struttura
lineare, nei quali le particelle vengono accelerate ad energie di qualche centinaio di MeV, mediante
campi elettrici alternati e inviate al bersaglio. L'acceleratore lineare più potente è lo SLC (Stanford
Linear Collider), negli Stati Uniti, che raggiunge energie di oltre 100 GeV.
Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), CA, USA
5. CICLOTRONE: TRAIETTORIE A SPIRALE
• In un ciclotrone, le traiettorie seguono
una spirale. Gli ioni partono dal centro e
sono accelerati mentre passano nello
spazio tra 2 elettrodi a forma di D a cui è
applicata una tensione alternata. I campi
magnetici molto intensi generano la
forza di Lorentz che curva la traiettoria.
Accelerando, il diametro dell'orbita
aumenta, fino a quando il fascio non
fuoriesce tangenzialmente dal bordo del
dispositivo a velocità prossime a quella
della luce.
6. SINCROTRONE: TRAIETTORIA CIRCOLARE
Il sincrotrone è un acceleratore di particelle
(elettroni e positroni) a forma di anello in cui il
campo magnetico, che spinge le particelle a
circolare e il campo elettrico, che le porta ad
accelerare nella loro corsa, sono sincronizzati
tra loro in modo tale che il moto delle
particelle sia ben focalizzato sul piano
orizzontale e rimanga stabile nell’anello fino
alle massime velocità.
Al suo interno le particelle si muovono sotto
l’effetto di magneti in cavità a radiofrequenza,
il cui campo elettromagnetico oscilla in modo
da dare impulso a ogni passaggio di un
pacchetto di particelle.
Struttura tipica di un sincrotrone
7. LHC
L'LHC è un acceleratore di tipo circolare che può
accelerare adroni (protoni e ioni pesanti) fino al
99,9999991% della velocità della luce per poi farli
scontrare con un'energia di circa 13 TeV.
È costruito all'interno di un tunnel sotterraneo
lungo 27 Km, a 100 m di profondità in media,
situato al confine tra la Francia e la Svizzera.
I componenti più importanti dell'LHC sono gli oltre 1.600 magneti superconduttori in lega di niobio e
titanio, raffreddati alla temperatura di 1,9 K da elio liquido, che realizzano un campo magnetico,
necessario a tenere in orbita i protoni all'energia prevista. La macchina accelera due fasci di particelle
che circolano in direzioni opposte, ciascuno contenuto in un tubo a vuoto. Questi collidono in quattro
punti lungo l'orbita, in corrispondenza di caverne nelle quali il tunnel si allarga per lasciare spazio a
grandi sale sperimentali. In queste stazioni vi sono i quattro principali esperimenti di fisica delle
particelle
8. DAΦNE, l’acceleratore di particelle di Frascati
DAΦNE (Double Annular Φ Factory
for Nice Experiments) è l’anello di
collisione per elettroni e positroni
attualmente in funzione a Frascati. È il
capostipite di una nuova generazione
di acceleratori ad elevata luminosità
(cioè in cui avvengono numerose
collisioni) dedicato alla produzione di
mesoni Φ. Il suo obiettivo è lo studio
di queste particelle (insieme con i
quark e le particelle K) che
permetterà di fare luce su molti punti
critici dell’attuale immagine del
mondo subnucleare e delle forze che
lo dominano
Progetto iniziato nel 1961
Inizio costruzione nel 1963
Primi risultati di fisica nel 1968
Energia: 1.5 GeV
10. UNO DEI RISULTATI PIÙ IMPORTANTI OTTENUTI CON GLI
ACCELERATORI È STATA LA SCOPERTA DEL BOSONE DI HIGGS
Esso venne teorizzato nel 1964 e rilevato
per la prima volta nel 2012 negli
esperimenti ATLAS e CMS, condotti con
l'acceleratore LHC del CERN
