La cerimonia di inaugurazione dell’acceleratore LHC al Cern di Ginevra, da tempo programmata per oggi 21 ottobre, si svolgerà in forma solenne alla presenza di Sarkozy e di altre personalità politiche e culturali mondiali, anche se la “macchina” è ferma per il noto incidente che ha interrotto la forsennata corsa dei protoni pochi giorni dopo l’entusiasmante avvio. Non sono fermi però i fisici coinvolti negli esperimenti previsti lungo i 27 chilometri del tunnel sotterraneo che ospita il gigantesco collisionatore di adroni (così gli scienziati chiamano le particelle pesanti, come i protoni).
«Anche perché – dice Chiara Meroni, ricercatrice dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) di Milano, una delle italiane in prima fila nell’esperimento Atlas – nei pur brevi primi giorni di prova del fascio, l’acceleratore ha funzionato benissimo tanto che in due settimane avremmo potuto iniziare a registrare i primi eventi. Comunque le misure ottenute hanno già fornito materiale prezioso su cui lavorare per affinare gli apparati sperimentali ed essere pronti, quando avverranno le collisioni, a rivelarle con la massima precisione e efficacia».
C’è un gran fermento quindi al Cern, sia per rimediare al guasto che ha prodotto la fuoriuscita di elio dal sistema di raffreddamento e per prevenire situazioni analoghe, sia per migliorare continuamente la capacità degli strumenti che dovranno centrare gli obiettivi scientifici dell’impresa. Obiettivi che sono distribuiti nei quattro esperimenti: due, Atlas e CMS, sono onnicomprensivi, cioè puntano a raccogliere il massimo di informazioni su ciò che succede quando le particelle pesanti si scontrano a velocità prossima a quella della luce e alle alte energie rese possibili dalla particolare configurazione di LHC.
Gli altri sono più specifici. Alice studierà le interazioni tra nuclei pesanti (ad esempio piombo) per cercare di comprendere le condizioni della materia negli istanti primordiali dell’universo, quando tutto era un brodo di quark e non si erano ancora formati protoni stabili. L’esperimento indicato con l’acronimo LHC-b, dove b sta per beauty, si concentrerà su un tipo di quark, battezzato appunto “bellezza”, per capire meglio la differenza tra materia e antimateria e come mai quest’ultima è scomparsa (fortunatamente) dal nostro universo.
L’esperimento più imponente è comunque Atlas, al quale collaborano circa 2.500 scienziati organizzati in grandi gruppi con programmi complementari e che, dalla primavera 2009, saranno guidati da un’altra fisica italiana, Fabiola Gianotti, che ha iniziato la sua carriera all’Università degli Studi di Milano e ora lavora al Cern da dodici anni. Atlas è il nome latino di Atlante, il gigante che reggeva il mondo, e la sua gigantesca struttura comprende otto magneti superconduttori in grado di produrre il più grande campo magnetico esistente.
«Scopo principale dell’esperimento – continua Chiara Meroni – è scoprire le prime tracce dell’ormai celebre bosone di Higgs, la particella che riteniamo essere responsabile della proprietà della massa, che spiega cioè come mai una particella ha massa diversa da un’altra. Ci sono però anche altri obiettivi, come quello di identificare le proprietà della cosiddetta materia oscura: oggi noi conosciamo solo il 4% della materia che costituisce l’universo, ma abbiamo sufficienti indizi dell’esistenza del restante 96%, materia ‘oscura’ appunto perché le sue caratteristiche ancora sfuggono a un controllo sperimentale. Ci sono dei tentativi di spiegazione basati su eleganti modelli teorici, come quello della supersimmetria che ipotizza l’esistenza per ogni particella di una corrispondente compagna supersimmetrica. Con Atlas andremo a verificare la validità di questi modelli, integrando le ricerche sulla materia oscura che nel frattempo i nostri colleghi astrofisici svolgono».
Ma come faranno i fisici di Atlas a raggiungere tutti questi traguardi?
«Le particelle, come si sa, sono invisibili, avendo dimensioni inferiori a un miliardesimo di miliardesimo di metro; si possono però captare le loro interazioni con la materia, tenendo conto che ogni collisione genera un migliaio di particelle che poi si allontanano dal punto dell’impatto. Sul loro cammino vengono posti degli strumenti che le intercettano e ne rivelano le proprietà: ogni strumento è sintonizzato su una particolare caratteristica e l’insieme delle caratteristiche consente di ricostruire l’identità della particella. Ad esempio i primi rivelatori che le particelle cariche incontreranno in Atlas saranno quelli semiconduttori al silicio, che riescono a tracciare il percorso della particella con estrema precisione, dell’ordine di qualche millesimo di millimetro. Altre apparecchiature sfruttano differenti principi fisici per rivelare altre particelle, come elettroni, fotoni, muoni e neutroni».
Sembra quindi di capire che dalle collisioni uscirà gran varietà di oggetti, alcuni stabili, altri a vita breve, destinati subito a decadere; ma tutti degni di attenzione per vedere se possono contenere informazioni utili. E il loro numero è elevatissimo, dato che i fasci si scontrano con una frequenza di 40 MHz, cioè 40 milioni di volte al secondo. Inizierà allora una fase interessante di screening e di selezione, per trattenere solo gli eventi interessanti e vedere se e come corrispondono alle previsioni teoriche. Tra questi si spera ci sia anche il fantomatico bosone di Higgs. Sui tempi di questa auspicata scoperta, la nostra interlocutrice è piuttosto cauta.
«Dipende da come è effettivamente la particella: se è molto pesante, c’è una elevata probabilità di identificarla subito, perché produrrà tracce molto marcate. Se invece, come è più probabile, la sua massa è vicina a 130 GeV (così si misura la massa delle particelle) le particelle prodotte nel suo decadimento saranno più facilmente confondibili con tante altre. Quindi l’evento potrebbe essere mascherato e molto difficile da evidenziare: penso che in tal caso si debbano raccogliere misure per tre anni per poter aver abbastanza dati statistici da elaborare e sperare in qualche risultato». È più prevedibile, secondo la Meroni, che i primi risultati di Atlas riguardino la materia oscura perché, se la sua natura è quella che i fisici si aspettano, le sue tracce saranno più energetiche e quindi di più facile rivelazione. Bisognerà tuttavia aspettare almeno sei mesi, prima che riprendano gli esperimenti. Ma per i fisici del Cern questo ritardo non è tempo perso; c’è un’attività già prevista di ulteriori collaudi e manutenzioni ma soprattutto c’è il fatto che LHC è effettivamente una “macchina delle meraviglie” ma è anche terribilmente complessa e delicata: ben vengano perciò questi mesi, «così potremo imparare meglio a guidarla».