Buon compleanno al CERN il tempio delle particelle

Con la sigla CERN (acronimo di Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, ma comunemente Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) si indica correntemente il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle. “Europeo” in senso geografico, in quanto del CERN fanno parte anche la Svizzera e la Norvegia, paesi non-europei in senso politico. Si trova al confine tra Svizzera e Francia, a un quarto d’ora verso ovest dal centro di Ginevra, nel comune di Meyrin, ed è costituito da una serie di anelli (tunnel) situati fra i 100 e i 150 metri sotto terra. Il più grande di essi, il Large Hadron Collider (LHC) misura 27 chilometri di circonferenza (8 e qualcosa di diametro, dunque). Dato che la convenzione che istituiva il CERN fu firmata il 29 settembre 1954, oggi compie 60 anni. All’inizio gli Stati interessati ai lavori erano 12, oggi sono 21, ai quali vanno aggiunti alcuni osservatori, provenienti anche da altri continenti.

Cosa sono le particelle. Le particelle sono gli elementi che costituiscono l’atomo. Un tempo si pensava che l’atomo - come dice il suo nome - fosse indivisibile: dalla metà dell’Ottocento sappiamo che non è così. Come sia fatto davvero non lo sappiamo ancora esattamente: quel che è certo è che c’è un mondo, dentro. Un mondo di particelle, appunto. Il bosone, gli adroni, i quark sono particelle.

A cosa serve il CERN. Per studiare il comportamento dell’universo subatomico, allora, è necessario aprire gli atomi e farne uscire le particelle. Il CERN mette a disposizione dei ricercatori gli strumenti capaci di rompere gli atomi come fossero melograni e farne sprizzare i semi, cioè le particelle. Una volta che queste sono a disposizione, se ne possono studiare i comportamenti, che non sono esattamente uguali a quelli del resto della materia.

A questo fine il laboratorio del CERN è costituito fondamentalmente di acceleratori (che servono a “sparare” fasci di particelle per farle cozzare contro altre fino a romperle) e di rilevatori (che servono per vedere cosa succede nei microsecondi in cui avviene lo scontro). Dato che per “sparare” le particelle in modo che si rompano occorrono altissime energie, si dice che il CERN si occupa di fisica delle alte energie. Per dare un’idea del fenomeno, le alte energie cui le particelle sono sottoposte sono tali da far loro raggiungere velocità prossime a quelle della luce.

Che senso ha tutto questo. Ha senso, perché ad energie sufficientemente elevate, i prodotti delle collisioni e i loro movimenti (il loro zampillare da tutte le parti) possono risultare molto differenti da quelli degli atomi originari e questo serve appunto a individuare particelle per l’innanzi nemmeno ipotizzate. Dato che tutto si svolge in un tempo ben al di sotto della percezione umana, le “macchine fotografiche” - i rilevatori - che devono riprendere gli scontri sono strumenti di una precisione - e di una natura - inimmaginabile ai non addetti ai lavori.

Fra le particelle venute fuori da questi scontri c’è anche il famoso Bosone di Higgs, che tanto ha appassionato l’opinione pubblica negli scorsi anni, perché sarebbe il responsabile della trasformazione dell’energia in materia. Il che significa che si deve a lui il passaggio da un universo di pure energie a quello - materiale - che conosciamo. Ovviamente resta da capire se questo “coso” sia a sua volta solo energia, il primo nocciolo di materia o qualcosa a metà fra l’una e l’altra. Per capirne di più è in progetto un nuovo e più grande anello, con nuovi e più potenti strumenti per accelerare i fasci di particelle, in modo che il famoso bosone - se esiste davvero, e sembra davvero che sia così - mostri sempre meglio le sue qualità e le sue attitudini creative.

Come si fa a produrre le altissime energie di cui c’è bisogno. Con una specie di staffetta. Nessun acceleratore circolare del CERN, infatti, è in grado di far muovere una particella da ferma: può solo produrre ulteriori accelerazioni in qualcosa che sia già in moto. Per questo le particelle vengono sottoposte a un “periodo di riscaldamento” a bordo campo (ossia in un acceleratore lineare) dopo il quale entrano in un anello che le porta alla velocità adatta a entrare nel successivo e così via, fino all’ultimo, dove succedono le cose davvero pazzesche di cui parlano i giornali di tutto il mondo.

Che ne sarà del CERN nei prossimi anni. Non c’è come vincere per restare sempre giovani. Nell’ambito del CERN sono stati fatti - in questi 60 anni - esperimenti che hanno portato diversi Premi Nobel, fra cui quello al nostro Carlo Rubbia.

Ma dato che è una struttura unica nel suo genere, gli scienziati di tutto il mondo stanno facendo la fila per poter effettuare le prove di verifica delle loro teorie. Sono in corso progetti di ampliamento per aumentare fino a valori da fantascienza le energie disponibili e questo fa sì che aumenti il numero di coloro che vorrebbero vedere materializzate le loro idee. E anche il numero di coloro che temono che, da un momento all’altro, possa scoppiare tutto (non accadrà, state tranquilli).

Alcune di queste teorie sono davvero interessanti. Accenniamo a una sola, che riguarda l’esistenza, nel nostro universo, di altre dimensioni oltre alle tre in cui solitamente ci muoviamo (o crediamo solo di muoverci?). Pensiamo ad un aereo in avvicinamento. Mano a mano che la distanza diminuisce l’aereo “diventa” più grande. Ma cosa succederebbe se, giunto ad una certa distanza da noi e a una certa velocità di crociera, il velivolo - pur continuando a muoversi nella medesima direzione - “si rattrappisse” in misura proporzionale alla velocità? Non vedendolo “aumentare” penseremmo che sia fermo. E dunque: cosa ci dice che gli oggetti che vediamo fermi non stiano subendo un processo simile a quello dell’aereo, ossia che non si muovano all’interno di spazi loro propri (la bolla in cui il nostro aereo continua a muoversi verso di noi e a rattrappirsi) interni al nostro spazio comune?

Se un qualche esperimento consentisse di rilevare che un comportamento simile è possibile - o addirittura che si verifica comunemente - all’interno dell’universo subatomico (in altre parole: se fosse possibile accertare che le particelle che noi “vediamo” muoversi in un certo modo, si muovono in realtà in spazi diversi da quello immaginato) allora è probabile che la nostra concezione del mondo subirebbe un qualche scossone. Siamo in attesa che questo avvenga.