10 Fatti Sorprendenti che non sai sul LHC

Lunghezza

Quando il tunnel circolare lungo 27 km fu scavato tra il lago di Ginevra e la catena montuosa del Giura, le due estremità del tunnel si incontrarono a una distanza di soli 1 cm. L’LHC riutilizza il tunnel circolare di 27 km di circonferenza che era stato costruito per il precedente acceleratore chiamato LEP. Il tunnel fu costruito a una profondità media di 100 m, per considerazioni geologiche (tradotte in costi) e con una leggera pendenza del 1,4%. La sua profondità varia tra i 175 m (sotto il Giura) e i 50 m (verso il lago di Ginevra).

Superconduttori

Nella costruzione dei cavi dell’LHC vengono utilizzati da 6.000 a 9.000 filamenti di niobio-titanio superconduttore. Sorprendentemente, ogni filamento è spesso solo 0,007 mm, rendendolo circa 10 volte più sottile di un tipico capello umano. Se questi filamenti fossero allineati uno accanto all’altro, coprirebbero una distanza dalla Terra al Sole e ritorno per sei volte, con ancora abbastanza filamento per circa 150 viaggi verso la Luna.

I superconduttori svolgono un ruolo cruciale nell’LHC, poiché sono essenziali per la costruzione dei 9.600 magneti installati all’interno dell’acceleratore. Ogni tipo di magnete serve per ottimizzare la traiettoria delle particelle e contrastare l’influenza delle forze di marea. Interessante è il fatto poco noto che la crosta terrestre a Ginevra si solleva di circa 25 cm a causa di queste “maree terrestri”, determinando una variazione di 1 mm nella circonferenza dell’LHC. Ciò porta a significative variazioni nell’energia e nella traiettoria del fascio.

Accelerazione

I protoni accelerati al CERN vengono ottenuti dall’idrogeno standard. Sebbene i fasci di protoni all’LHC siano molto intensi (ogni grappolo contiene 1,15×10^11 protoni in una dimensione del fascio di 3,5 micrometri), vengono accelerati solo 2 nanogrammi di idrogeno al giorno. Pertanto, ci vorrebbero circa 1 milione di anni per accelerare 1 grammo di idrogeno.

Freddo

Il Large Hadron Collider (LHC), situato al CERN, opera a una temperatura incredibilmente fredda di -271,3 gradi Celsius, appena 1,9 gradi sopra lo zero assoluto. Questo ambiente gelido viene raggiunto utilizzando oltre 120 tonnellate di elio liquido, rendendo l’LHC il luogo più freddo sulla Terra. Per mettere in prospettiva questo freddo estremo, è più freddo dello spazio esterno. Tali basse temperature sono necessarie per mantenere lo stato superconduttore dei potenti magneti dell’LHC, consentendo alle particelle di accelerare a velocità prossime a quella della luce e collidere con un’energia senza precedenti, svelando i misteri dell’universo.

Caldo

Sebbene l’LHC richieda temperature estremamente fredde, le temperature che genera durante le collisioni di particelle possono raggiungere livelli straordinari. Durante queste collisioni, che avvengono 40 milioni di volte al secondo, le temperature nell’LHC possono salire a un valore stupefacente 100.000 volte più caldo del centro del Sole. A tale calore estremo, le particelle esistono brevemente in uno stato noto come plasma di quark e gluoni, in cui protoni e neutroni si fondono in una miscela simile a una zuppa di quark e gluoni. Questo ambiente incandescente consente agli scienziati di studiare le proprietà fondamentali della materia e ricreare le condizioni che esistevano solo istanti dopo il Big Bang.

Vuoto

All’interno del Large Hadron Collider (LHC), una notevole impresa ingegneristica crea un ambiente di vuoto quasi perfetto. Il livello di vuoto raggiunto è un trilione di volte inferiore alla pressione atmosferica, equivalente al vuoto dello spazio esterno. Per mantenere questo vuoto ultraleggero, vengono utilizzate camere a vuoto, garantendo che le particelle possano viaggiare senza interferenze o interazioni con eventuali molecole di gas residuo. Questo eccezionale livello di vuoto è cruciale per preservare l’integrità dei fasci di particelle, consentendo loro di circolare liberamente e collidere con precisione. È all’interno di questo spazio quasi vuoto che gli scienziati esplorano i segreti fondamentali dell’universo.

Velocità

I protoni nell’LHC viaggiano a una velocità pari a 0,999999991 volte la velocità della luce (quando l’LHC funziona alla potenza di progetto). Ogni protone compie più di 11.000 giri del percorso di 27 km al secondo. Un fascio potrebbe circolare per più di 10 ore, percorrendo più di 10 miliardi di chilometri, sufficienti per arrivare a Nettuno e tornare indietro. Le particelle sono così piccole che la sfida di farle collidere è simile a sparare due aghi distanti 10 chilometri con tale precisione che si incontrano a metà strada.

Energia

A piena potenza, ciascuno dei due fasci di protoni dell’LHC ha un’energia totale equivalente a un treno di 400 tonnellate (come il TGV francese) che viaggia a 150 km/h. Questa è sufficiente energia per fondere 500 kg di rame. Tuttavia, in termini assoluti, queste energie non sono impressionanti se confrontate con le energie con cui abbiamo a che fare ogni giorno. 1 TeV è circa l’energia cinetica di una zanzara in volo.

Ciò che rende l’LHC così straordinario è la capacità di concentrare quell’energia in uno spazio circa un milione di milioni di volte più piccolo di quella zanzara.

Massa

Il sistema magnetico del CMS contiene circa 10000 tonnellate di ferro, che è più ferro di quello presente nella Torre Eiffel.

Dati

Il Large Hadron Collider (LHC) al CERN genera una quantità sorprendente di dati mentre collide particelle ad energie senza precedenti. Ogni secondo, l’LHC produce incredibili 40 milioni di collisioni, generando un flusso di dati enorme. Per metterlo in prospettiva, la quantità di dati generati dall’LHC in un solo anno equivale a circa 25 petabyte, che corrisponde a 25 milioni di gigabyte o approssimativamente 1,5 milioni di film in HD. Elaborare e analizzare questa vasta quantità di dati richiede un’infrastruttura informatica all’avanguardia e algoritmi sofisticati, consentendo agli scienziati di estrarre preziose informazioni e fare scoperte rivoluzionarie sulla natura fondamentale del nostro universo.

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