- Il gigante di Ginevra
- Le tappe fondamentali: dal 2008 alle prime collisioni
- Numeri da capogiro: energia, collisioni e costi
- La caccia al bosone di Higgs e oltre
- Il ruolo dell'Italia nella grande fisica del CERN
- Domande frequenti
Il gigante di Ginevra
Sotto i campi della campagna franco-svizzera, a circa cento metri di profondità, corre un anello di 27 chilometri di circonferenza che rappresenta la più ambiziosa impresa mai realizzata dalla fisica sperimentale. È il Large Hadron Collider — per tutti, semplicemente LHC — l'acceleratore di particelle del CERN di Ginevra che detiene il primato di macchina scientifica più potente mai costruita dall'uomo.
Parlare dell'LHC significa parlare di una cattedrale della scienza contemporanea. Non un laboratorio qualunque, ma il luogo dove si tenta di rispondere alle domande più radicali sulla natura della materia, sull'origine dell'universo, su ciò che tiene insieme — letteralmente — tutto quello che esiste.
Le tappe fondamentali: dal 2008 alle prime collisioni
La storia operativa dell'acceleratore più potente del mondo ha una data precisa di inizio: il 10 settembre 2008. Quel giorno, il primo fascio di protoni percorse con successo l'intero anello sotterraneo, segnando l'avvio ufficiale della macchina dopo decenni di progettazione e costruzione. Fu un momento di euforia collettiva per la comunità scientifica internazionale, temperato però da un incidente tecnico che, appena nove giorni dopo, costrinse a un lungo fermo per riparazioni.
Bisognerà attendere il 30 marzo 2010 per assistere alle prime collisioni tra protoni ad alta energia. Quel giorno l'LHC raggiunse un traguardo storico: fasci di particelle lanciati in direzioni opposte si scontrarono a velocità prossime a quella della luce, producendo le condizioni che i fisici teorici aspettavano da anni. Da quel momento, la macchina non si è più fermata — se non per le pause tecniche programmate e gli aggiornamenti necessari a spingere sempre più in là i limiti delle prestazioni.
Numeri da capogiro: energia, collisioni e costi
Le cifre che descrivono l'LHC sfuggono all'intuizione comune. L'acceleratore opera a un'energia di 14.000 miliardi di elettronvolt, ovvero 14 TeV: un valore che non ha equivalenti in nessun altro laboratorio al mondo. Per dare un ordine di grandezza, è come concentrare l'energia cinetica di un treno ad alta velocità nello spazio infinitesimale di un protone.
Ogni secondo, all'interno del tunnel, si verificano circa un miliardo di collisioni. Un flusso incessante di dati che alimenta i quattro grandi esperimenti installati lungo l'anello — ATLAS, CMS, ALICE e LHCb — ciascuno specializzato nell'osservare aspetti diversi della fisica delle particelle.
Il costo complessivo del progetto è stimato in circa 4 miliardi di euro, una cifra imponente ma ripartita tra i numerosi Stati membri del CERN nell'arco di molti anni. Si tratta, stando a quanto emerge dalle analisi economiche, di uno degli investimenti scientifici con il più alto rapporto tra costo e ricadute tecnologiche: dal web — nato proprio al CERN — alle tecnologie medicali, passando per innovazioni nei materiali superconduttori e nei sistemi di calcolo distribuito. Proprio sul fronte dell'innovazione tecnologica, vale la pena segnalare come anche in ambiti apparentemente lontani dalla fisica delle particelle la ricerca stia producendo risultati sorprendenti, come nel caso della Stampante 3D ultraveloce: oggetti complessi costruiti in meno di un secondo, a dimostrazione di quanto il confine tra scienza fondamentale e applicazioni pratiche sia sempre più sottile.
La caccia al bosone di Higgs e oltre
Se c'è un nome che il grande pubblico associa all'LHC, è quello del bosone di Higgs. La particella teorizzata nel 1964 dal fisico britannico Peter Higgs — e indipendentemente da altri ricercatori — è stata osservata per la prima volta il 4 luglio 2012, proprio grazie agli esperimenti del CERN. Una scoperta che ha valso a Higgs e a François Englert il Premio Nobel per la Fisica nel 2013, e che ha confermato il cosiddetto Modello Standard della fisica delle particelle.
Ma la missione dell'LHC non si esaurisce con il bosone di Higgs. Tutt'altro. I fisici continuano a cercare risposte su questioni aperte che il Modello Standard non riesce a spiegare:
- La natura della materia oscura, che costituisce circa il 27% dell'universo ma di cui non si conosce la composizione
- L'asimmetria tra materia e antimateria, che dovrebbe spiegare perché l'universo esiste nella forma che osserviamo
- La possibile esistenza di dimensioni spaziali aggiuntive oltre alle tre che sperimentiamo quotidianamente
- La ricerca di particelle supersimmetriche, previste da teorie che estendono il Modello Standard
La ricerca scientifica al CERN è, per sua natura, un cantiere permanente. Ogni run — così vengono chiamate le fasi operative dell'acceleratore — porta con sé nuovi dati, nuove analisi, nuove sorprese.
Il ruolo dell'Italia nella grande fisica del CERN
L'Italia è tra i fondatori del CERN e, oggi come ieri, rappresenta uno dei principali contributori scientifici e finanziari dell'organizzazione. L'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) coordina la partecipazione italiana con migliaia di ricercatori, ingegneri e tecnici impegnati in tutti i principali esperimenti dell'LHC.
Molte delle componenti tecnologiche dell'acceleratore sono state progettate e costruite in laboratori e aziende italiane. La tradizione di fisica nucleare e ricerca che affonda le radici nell'eredità di Enrico Fermi continua a produrre risultati di primo piano, e le università italiane — da Roma a Padova, da Torino a Napoli, da Pisa a Bologna — formano ogni anno decine di dottorandi che proseguono il loro percorso proprio al CERN.
La questione, semmai, resta aperta su un altro fronte: la capacità del sistema-Paese di trattenere questi talenti e di valorizzare adeguatamente le competenze maturate nella Big Science internazionale anche nel tessuto produttivo e accademico nazionale.
Domande frequenti
Che cos'è esattamente il Large Hadron Collider?
Il Large Hadron Collider (LHC) è un acceleratore di particelle circolare situato al confine tra Francia e Svizzera, presso il CERN di Ginevra. Con i suoi 27 chilometri di circonferenza e un'energia operativa di 14 TeV, è l'acceleratore di particelle più potente mai costruito.
Quando ha iniziato a funzionare l'LHC?
L'LHC ha iniziato a funzionare il 10 settembre 2008 con il primo fascio di protoni. Le prime collisioni ad alta energia tra protoni sono avvenute successivamente, il 30 marzo 2010.
Quanto è costato costruire l'LHC?
Il costo complessivo del progetto è stimato in circa 4 miliardi di euro, ripartiti tra gli Stati membri del CERN nell'arco di diversi anni di costruzione e sviluppo.
Perché l'LHC è importante per la scienza?
L'LHC ha permesso la scoperta del bosone di Higgs nel 2012 e continua a fornire dati fondamentali per comprendere la struttura della materia, la natura della materia oscura e le leggi fondamentali dell'universo. Genera circa un miliardo di collisioni al secondo, offrendo ai ricercatori una mole di informazioni senza precedenti.
L'Italia partecipa agli esperimenti dell'LHC?
Sì, l'Italia è tra i Paesi fondatori del CERN e partecipa attivamente a tutti i principali esperimenti attraverso l'INFN e numerose università. Ricercatori, ingegneri e tecnici italiani hanno contribuito sia alla costruzione che al funzionamento dell'acceleratore.
