ATLAS, CMS, LHCb, ALICE, TOTEM, …sono tutti acronomi che stanno ad indicare gli esperimenti che verranno eseguiti all’interno del Large Hadron Collider (l’ormai famoso acceleratore del CERN di Ginevra) entro breve termine; con molta probabilità già entro la fine di settembre 2009. Uno di questi esperimenti, di cui si è discusso parecchio in ambito scientifico e che ha avuto anche una notevole risonanza a livello internazionale, attraverso le maglie dei mass media di tutto il mondo, è sicuramente il progetto ATLAS. In questa intervista a Fausto Intilla, cercheremo di scoprirne i motivi.
Fausto, innanzi tutto, cosa sta ad indicare l’acronimo ATLAS?
Letteralmente questo: “A Toroidal LHC Apparatus”, ovvero, un apparato di forma toroidale (che ricorda quindi quello che in matematica viene definito un Toro), posto all’interno del grande anello del Large Hadron Collider. Come tutti gli altri apparati che hai menzionato all’inizio, anche questo è in definitiva un rivelatore di particelle; la differenza con gli altri cinque rivelatori è che esso è stato progettato per livelli di energia molto più elevati, con lo scopo quindi di rintracciare particelle estremamente energetiche. L’obiettivo di LHC, è quello di produrre particelle sempre più pesanti, grazie allo scontro di due fasci protonici all’interno dell’anello principale. Si consideri che sino ad oggi, grazie agli esperimenti compiuti con gli acceleratori più conosciuti, tutte le particelle previste dal Modello Standard sono state osservate.
Ulteriori particelle che dovessero venire scoperte con gli ormai prossimi esperimenti al CERN, non rientrerebbero quindi già più nel Modello Standard, e andrebbero a costituire quella che solitamente viene definita, la “nuova fisica”. Vi è però un’eccezione, ossia una particella che dovrebbe teoricamente rientrare nel Modello Standard, per completarne in modo ottimale il “quadro generale”, ma che purtroppo sino ad ora non è mai stata osservata. Sto parlando ovviamente dell’ormai famigerato bosone di Higgs, chiamata da molti anche “particella di Dio”.
Bene, e qui arriviamo ad un punto cruciale sul quale gradirei proprio avere un tuo parere da esperto in materia. A tuo avviso, quante probabilità ci sono di poter osservare il bosone di Higgs con i prossimi esperimenti al Cern di Ginevra?
Ciò che in genere si presume, a proposito di tale particella, è che se essa ha una massa compresa tra i 114 ei 185 GeV (scartando il range tra i 160 ei 170 GeV), la si troverà di certo nel Large Hadron Collider (LHC) del CERN; di fatto,una luminosità integrata di soli 10^4 picobarn inversi sarà sufficiente per trovare il bosone di Higgs.
A mio avviso comunque, se il bosone di Higgs non verrà identificato neppure nei prossimi esperimenti all'ATLAS, ciò non creerà alcun imbarazzo per i fisici che da diversi decenni ormai stanno cercando di osservarlo. È vero che alcuni esperimenti compiuti nel corso dell'ultimo decennio, hanno cominciato a limitare notevolmente lo spazio parametrico per questa particella, ma finora non è mai emerso nessun risultato significativo.
A ben vedere,la teoria che descrive tale particella scalare con spin nullo (ovvero il bosone di Higgs),ad un livello assai profondo soffre di gravi problemi formali. Uno di questi (…forse il peggiore), è che le particelle scalari sono notoriamente sensibili alla nuova fisica che potrebbe subentrare a scale di energia molto alte (come quelle che verranno utilizzate nel progetto ATLAS,rimanendo nello specifico).
Se le forze: forte,debole ed elettromagnetica sono unificate ad una certa scala-livello di energia,e il bosone di Higgs diventa parte di una struttura maggiore, diventa virtualmente impossibile mantenere “leggera” la particella scalare quando le particelle ad essa affini diventano “pesanti”.
Nel modello standard non è possibile preservare la gerarchia delle scale in alcun modo naturale. Tutto comunque si verrebbe a risolvere con l'introduzione, a tal punto,del concetto di supersimmetria. Ogni bosone e ogni fermione in una coppia supersimmetrica danno lo stesso contributo alla massa efficace del bosone di Higgs, ma il loro contributo è di segno opposto.
In ultima analisi quindi,gli effetti di tutte le particelle virtuali (dei fermioni e dei bosoni), si annullano facendo sì che la massa del bosone di Higgs non risenta dell'influenza della fisica a scale di energia più alte.Rimane comunque a questo punto un problema di fondo: Se le particelle ordinarie vengono divise in massa dalle loro partner supersimmetriche, viene a mancare il meccanismo con cui le une e le altre si annullano nel calcolo degli effetti delle particelle virtuali sulla massa di Higgs.
Senza addentrarmi in ulteriori dettagli tecnici, tirando le somme, è possibile giungere all'idea che la scala di energia a cui i partner supersimmetrici della materia ordinaria dovrebbero esistere, non può essere molto più alta della scala della rottura di simmetria dell'interazione debole. Con i futuri esperimenti al CERN, sarà quindi possibile stabilire una volta per sempre, la fondatezza o meno del modello supersimmetrico, ipotizzato già agli inizi degli anni '70.
L’estrema complessità della materia in questione, specialmente per i non “addetti ai lavori”, vale a dire per la maggior parte dei lettori di Futuro Prossimo, mi fa propendere a questo punto per un ultima domanda: Quali sono i livelli di energia che verranno impiegati nell’acceleratore del Cern? Saranno gli stessi dell’anno scorso?
I fasci verranno fatti ripartire, inizialmente a basso regime, ossia a 450 GeV (gigaelettronvolt) per fascio. Questo servirà ad assicurarsi sull'integrità e la perfetta funzionalità di nuove parti e connessioni. Una parentesi: dei 53 magneti che si guastarono nel 2008, 37 sono stati sostituiti con dei nuovi magneti, e 16 sono stati riparati.
In un paio di giorni circa, le energie verranno portate a 2 TeV (teraelettronvolt) per fascio; in seguito il regime verrà portato al livello operazionale (target prefissato) di 5 TeV per fascio. Il team di ricercatori dell'ATLAS inizierà con lo studio delle collisioni nel mese di luglio '09, e i primi dati importanti si potranno raccogliere ed analizzare soltanto ad ottobre '09. Da ottobre in avanti, il Large Hadron Collider continuerà ad essere attivo ininterrottamente per ben 11 mesi.
Non ci si aspetta comunque nessuna importante scoperta, ne per la fine di quest’anno, e neppure per l’anno prossimo (2010); i risultati più importanti e significativi, sono infatti attesi per il 2011.
Sito di Fausto Intilla: [link=http://www.oloscience.com/]oloscience.com[/link]