I fisici e gli ingegneri del Large Hadron Collider (Lhc) sono riusciti a riprodurre, sia pure per un lasso di tempo brevissismo, la tempe
ratura presente nell’Universo bambino pochi milionesimi di secondo dopo il Big Bang: si tratta di una temperatura di migliaia di miliardi di gradi e, ovvviamente, mai raggiunta prima sul nostro pianeta.
Tutto è avvenuto a seguito dello scontro di due fasci di nuclei di piombo, lanciati in corsa l’uno contro l’altro ad una velocità prossima a quella della luce e con un’energia di 2,75 Tev (ben 14 volte superiore a quella raggiunta nei laboratori americani ‘concorrenti’): l’urto ha provocato la scissione dei componenti di base, quark ed elettroni, che si sono fusi in un brodo eterogeneo, il cosiddetto plasma di gluoni e quark, la cui temperatura non esiste in nessuna parte del cosmo, neppure nelle stelle più calde. “Lhc” (Large Hadron Collider), come ormai tutti sanno, è il più grande acceleratore di particelle del mondo. Basato al CERN di Ginevra, è un eccezionale strumento messo a punto dalla ricerca europea, ma frutto del lavoro di migliaia di scienziati di tutto il mondo. È bene ricordare che la componente italiana vi occupa posizioni di leadership anche, in particolare, nell’esperimento direttamente interessato a questo straordinario risultato: Alice (A Large Ion Collider Experiment), uno dei quattro installati nell’anello sotterraneo di 
27 chilometri che ospita Lhc, e progettato espressamente per studiare lo stato della materia nei primi istanti di vita dell’Universo.
La cronaca dell’esperimento e i commenti degli scienziati
nei lanci ANSA
di Enrica Battifoglia
(ANSA) – Temperature di migliaia di miliardi di gradi, paragonabili a quelle esistite nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, sono state ricreate oggi nel più grande acceleratore del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra.
È accaduto in seguito alle prime collisioni tra ioni di piombo, avvenute oggi e osservate inizialmente dall’esperimento Alice (che ne ha già rilevate mezzo milione). In seguito le collisioni sono state viste anche da altri due grandi esperimenti dell’Lhc, Cms e Atlas.
”Con questi primi esprimenti abbiamo cominciato già a vedere qualcosa e comincia a partire un programma di fisica per studiare il comportamento dell’universo nei suoi primi istanti di vita – ha detto Federico Antinori, coordinatore delle misure relative alle collisioni di ioni pensanti dell’esperimento Alice e della sezione di Padova dell’Istituto nazionale di Fisica Nucleare (Infn ). Alle temperature estreme ottenute oggi, inesistenti perfino nel cuore delle stelle, diventa possibile osservare la materia primitiva, com’era prima che assumesse le caratteristiche che ha attualmente.
Dopo le prime collisioni ad alta energia tra protoni, avvenute il 30 marzo scorso, questo è il nuovo traguardo del superacceleratore Lhc, al quale l’Italia partecipa con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn). (ANSA).
Il commento di Roberto Petronzio, presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
(ANSA) – Studiare la materia primordiale, come era immediatamente dopo il Big Bang: per il presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), Roberto Petronzio, è questo l’obiettivo degli esperimenti appena cominciati nell’acceleratore Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra, basati su collisioni fra ioni di piombo anziché su collisioni fra protoni.
”È la prima volta che porzioni di materia più vaste rispetto a singoli protoni vengono sottoposte a temperature così elevate. Quello che si verifica in queste condizioni è una transizione di fase, ossia qualcosa di simile a quello che accade quando l’acqua diventa vapore o quando un metallo si sciogliè’, ha spiegato Petronzio.
Alle temperature di migliaia di miliardi di gradi, ricreate ora nell’anello di 27 chilometri dell’acceleratore, i ”pacchetti” di particelle (quark e gluoni) che in condizioni normali sono saldamente intrappolati nel nucleo si ”sciolgono” e quark e gluoni si liberano in una sorta di ”zuppa”.
Uno dei modelli teorici che descrivono il comportamento della materia in questo stato, chiamato ”plasma di quark e gluoni”, era stato descritto dai fisici Giorgio Parisi e Nicola Cabibbo (scomparso nell’estate scorsa e al quale il 12 novembre il dipartimento di Fisica dell’università’ di Roma La Sapienza dedicherà una giornata di commemorazione). ”Il loro modello – ha osservato Petronzio – descrive alcuni fenomeni di stabilità limite della materia, oltre i quali si ha il plasma di quark e gluoni”. Con le collisioni tra ioni di piombo cominciate nell’Lhc ”parte la sperimentazione. Ci sono buoni motivi – ha concluso – per pensare che nell’acceleratore si raggiunga il plasma di quark e gluoni”.(ANSA).
Il commento di Federico Antinori dell’ INFN
(ANSA) – Temperature di migliaia di miliardi di gradi come quelle esistite qualche milionesimo di secondo dopo il Big Bang sono state ricreate nell’acceleratore di particelle più grande e potente del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra.
È un nuovo traguardo per il gigante degli acceleratori, ora pronto ad esplorare una nuova frontiera della fisica. Le temperature raggiunte, inimmaginabili sulla Terra, non esistono nemmeno nel cuore incandescente delle stelle e le aspettative dei fisici sono altissime: ”potremo studiare il comportamento dell’universo nei suoi primi istanti di vita”, ha detto il coordinatore delle misure relative alle collisioni fra ioni pesanti, Federico Antinori, della sezione di Padova dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e che fa parte della squadra dell’esperimento Alice, coordinato da Paolo Giubellino. I rivelatori di Alice sono stati i primi ad osservare le collisioni, avvenute all’energia di 1.380 miliardi di elettronvolt (1,38 TeV) per fascio. Alice è stato progettato per osservare fenomeni di questo tipo ma, come previsto, le collisioni sono state viste anche dagli esperimenti Cms e Atlas, coordinati dagli italiani Guido Tonelli e Fabiola Gianotti.
”In nottata contiamo di ottenere i primi fasci stabilì’, ha detto Antinori. Ogni fascio contiene un certo numero di ”pacchetti” di ioni pesanti (ossia di nuclei di piombo spogliati degli elettroni) ed ogni pacchetto comprende 70 milioni di nuclei di piombo. In questa prima fase nell’acceleratore corrono fasci molto piccoli (ossia ”poco luminosi”), ognuno composto da due pacchetti. ”Nei prossimi giorni – ha detto ancora Antinori – contiamo di aumentare la luminosità e continueremo a prendere dati fino all’inizio di dicembrè’, quando i pacchetti per fascio potranno essere saliti a un centinaio. ”Partiremo da misure molto semplici, per capire quante particelle sono state prodotte e come sono distribuitè’.
Sarà il primo sguardo su uno stato della materia mai osservato prima. Alle temperature estreme riprodotte oggi nell’Lhc, infatti, la materia passa da una fase all’altra, come succede quando l’acqua si trasforma in vapore. Questo significa che i nuclei si sciolgono letteralmente: i quark e i gluoni, che in condizioni normali sono saldamente ancorati fra loro, si ritrovano liberi e la materia diventa un plasma, una sorta di ”zuppa primordialè’ di quark e gluoni.
”Le prime misure ci aiuteranno a capire come si comporta questo sistema”, per esempio se somiglia a un gas. ”Sono misure eccitantissime – ha concluso – perché si tratta veramente di mettere le mani su un nuovo stato della materia”.
Gli esperimenti per studiare particelle da collisioni
(ANSA) – Il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra è il più grande e potente acceleratore di particelle del mondo.
I primi fasci di protoni hanno cominciato a scorrere nel suo anello di 27 chilometri il 10 settembre 2008 e il 30 marzo scorso sono state ottenute le prime collisioni tra protoni a energie record. Oggi è stata la volta di un nuovo passo in avanti, con le prime collisioni tra ioni di piombo.
La macchina è stata progettata per funzionare all’energia di 14.000 miliardi di elettronvolt (14 TeV) e alla temperatura di 272 gradi sotto lo zero. Le collisioni ottenute in queste condizioni estreme sono il laboratorio ideale per generare particelle sconosciute, come l’inafferrabile ”particella di Dio”, il bosone di Higgs che spiega l’esistenza della massa.
A guidare e ad allineare i fasci di particelle che corrono nella macchina ad una velocità vicina a quella della luce sono 1.600 magneti superconduttori. Si calcola che le collisioni prodotte potranno generare un flusso di informazioni confrontabile a quello del traffico telefonico mondiale.
A rilevare i fenomeni della ”nuova fisica” dell’Lhc sono i quattro grandi esperimenti dell’acceleratore: Atlas e Cms (che danno entrambi la caccia al bosone di Higgs), Alice (che studia lo stato della materia nei primi istanti dell’universo, una frazione di secondi dopo il Big Bang) e Lhcb (che studia studierà le differenze tra materia e antimateria).
In tutti gli esperimenti dell’Lhc c’è una forte partecipazione italiana, che avviene attraverso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) . Sono italiani anche i coordinatori dei quattro esperimenti: Fabiola Gianotti per Atlas, Guido Tonelli per Cms, Paolo Giubellino per Alice e Pierluigi Campana per Lhcb.
I fisici, scherzando, ne parlano come di una ”zuppa” primordiale: la materia primitive prodotta milionesimi di secondi dopo il Big Bang non è mai stata osservata finora, ma solo prevista da modelli teorici. Viene descritta come uno stato della materia molto diverso da quello che conosciamo: nella materia ordinaria esistono nuclei nei quai le particelle che li compongono (quark e gluoni) sono saldamente ancorate tra loro; nelle condizioni estreme di temperatura che esistevano all’epoca del Big Bang, invece, quark e gluoni erano liberi. Questo stato della materia primitiva è chiamato dai fisici teorici Plasma di quark e gluoni o Qgp (Quark-Gluon Plasma) e di esso si sa molto poco. Di sicuro è governato da leggi profondamente diverse rispetto a quelle che regolano il comportamento della materia ordinaria.
Una delle teorie di riferimento per studiare la materia primitiva è la Cromodinamica quantistica, della quale ha gettato le basi il fisico Nicola Cabibbo. Le sue predizioni di questa teorie relative alle proprietà del plasma di quark e gluoni guideranno i fisici che da oggi sono alle prese con i nuovi dati dell’Lhc prodotti dalle collisioni fra nuclei di piombo.
