Il Large Hadron Collider (LHC) è una meraviglia della moderna fisica delle particelle che ha permesso ai ricercatori di scandagliare le profondità della realtà. Le sue origini risalgono al 1977, quando Sir John Adams, l’ex direttore dell’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare (CERN), suggerì di costruire un tunnel sotterraneo che potesse ospitare un acceleratore di particelle in grado di raggiungere energie straordinariamente elevate, secondo un articolo storico del 2015 del fisico Thomas Schörner-Sadenius.
Il progetto è stato ufficialmente approvato venti anni dopo, nel 1997, e la costruzione è iniziata su un anello lungo 16,5 miglia (27 chilometri) che passa sotto il confine franco-svizzero in grado di accelerare le particelle fino al 99,99 per cento della velocità della luce e schiacciarle insieme. All’interno dell’anello, 9.300 magneti guidano pacchetti di particelle cariche in due direzioni opposte ad una velocità di 11.245 volte al secondo, per poi riunirle in una collisione frontale. L’impianto è in grado di creare circa 600 milioni di collisioni ogni secondo, sputando fuori incredibili quantità di energia e, di tanto in tanto, una particella pesante esotica e mai vista prima. L’LHC opera ad energie 6,5 volte superiori a quelle del precedente acceleratore di particelle che deteneva il record, il Tevatron in disuso del Fermilab negli Stati Uniti.
La costruzione dell’LHC è costata in totale 8 miliardi di dollari, di cui 531 milioni provenienti dagli Stati Uniti. Più di 8.000 scienziati di 60 paesi diversi collaborano ai suoi esperimenti. L’acceleratore ha acceso i suoi fasci per la prima volta il 10 settembre 2008, facendo collidere le particelle a solo un decimilionesimo dell’intensità del suo progetto originale.
Prima che iniziasse a funzionare, alcuni temevano che il nuovo frantumatore di atomi avrebbe distrutto la Terra, forse creando un buco nero che consuma tutto. Ma qualsiasi fisico rispettabile affermerebbe che tali preoccupazioni sono infondate.
“L’LHC è sicuro, e qualsiasi suggerimento che potrebbe presentare un rischio è pura finzione”, ha detto il direttore generale del CERN Robert Aymar a LiveScience in passato.
Questo non significa che la struttura non potrebbe essere potenzialmente dannosa se usata in modo improprio. Se si dovesse infilare la mano nel fascio, che concentra l’energia di una portaerei in movimento fino a una larghezza inferiore a un millimetro, si farebbe un buco proprio attraverso di essa e poi la radiazione nel tunnel ti ucciderebbe.
Ricerca innovativa
Negli ultimi 10 anni, LHC ha frantumato gli atomi per i suoi due esperimenti principali, ATLAS e CMS, che operano e analizzano i loro dati separatamente. Questo per garantire che nessuna delle due collaborazioni stia influenzando l’altra e che ciascuna fornisca un controllo sull’esperimento sorella. Gli strumenti hanno generato più di 2.000 articoli scientifici su molte aree della fisica delle particelle fondamentali.
Il 4 luglio 2012, il mondo scientifico ha guardato con il fiato sospeso quando i ricercatori del LHC hanno annunciato la scoperta del bosone di Higgs, l’ultimo pezzo del puzzle di una teoria vecchia di cinque decenni chiamata Modello Standard della fisica. Il Modello Standard cerca di spiegare tutte le particelle e le forze conosciute (tranne la gravità) e le loro interazioni. Già nel 1964, il fisico britannico Peter Higgs scrisse un articolo sulla particella che ora porta il suo nome, spiegando come nasce la massa nell’universo.
L’Higgs è in realtà un campo che permea tutto lo spazio e trascina ogni particella che lo attraversa. Alcune particelle arrancano più lentamente attraverso il campo, e questo corrisponde alla loro maggiore massa. Il bosone di Higgs è una manifestazione di questo campo, che i fisici hanno inseguito per mezzo secolo. L’LHC è stato esplicitamente costruito per catturare finalmente questa sfuggente preda. Trovando alla fine che l’Higgs ha una massa 125 volte superiore a quella di un protone, sia Peter Higgs che il fisico teorico belga Francois Englert hanno ricevuto il premio Nobel nel 2013 per aver previsto la sua esistenza.
Anche con l’Higgs in mano, i fisici non possono riposare perché il Modello Standard ha ancora dei buchi. Per esempio, non si occupa della gravità, che è per lo più coperta dalle teorie della relatività di Einstein. Inoltre non spiega perché l’universo è fatto di materia e non di antimateria, che dovrebbe essere stata creata in quantità più o meno uguali all’inizio del tempo. E tace completamente sulla materia oscura e sull’energia oscura, che dovevano ancora essere scoperte quando è stata creata.
Prima dell’accensione dell’LHC, molti ricercatori avrebbero detto che la prossima grande teoria è quella conosciuta come supersimmetria, che aggiunge partner gemelli simili ma molto più massicci a tutte le particelle conosciute. Uno o più di questi partner pesanti avrebbe potuto essere un candidato perfetto per le particelle che costituiscono la materia oscura. Inoltre, la supersimmetria inizia a dare una risposta alla gravità, spiegando perché è così debole rispetto alle altre tre forze fondamentali. Prima della scoperta dell’Higgs, alcuni scienziati speravano che il bosone finisse per essere leggermente diverso da quanto previsto dal Modello Standard, accennando a una nuova fisica.
Ma quando l’Higgs è saltato fuori, era incredibilmente normale, esattamente nell’intervallo di massa in cui il Modello Standard diceva che sarebbe stato. Mentre questo è un grande risultato per il Modello Standard, ha lasciato i fisici senza alcuna buona pista da seguire. Alcuni hanno iniziato a parlare dei decenni persi a inseguire teorie che sembravano buone sulla carta ma che non sembrano corrispondere alle osservazioni reali. Molti sperano che la prossima raccolta di dati dell’LHC aiuterà a chiarire un po’ di questo casino.
L’LHC si è spento nel dicembre 2018 per passare attraverso due anni di aggiornamenti e riparazioni. Quando tornerà online, sarà in grado di frantumare insieme gli atomi con un leggero aumento di energia, ma al doppio del numero di collisioni al secondo. Cosa troverà allora è un’ipotesi di chiunque. Si parla già di un acceleratore di particelle ancora più potente per sostituirlo, situato nella stessa area ma quattro volte più grande di LHC. L’enorme rimpiazzo potrebbe richiedere 20 anni e 27 miliardi di dollari per la sua costruzione.