Den­tro la ma­te­ria oscu­ra

Do­po aver tro­va­to il bo­so­ne di Higgs, il LAR­GE HA­DRON COL­LI­DER, l'ac­ce­le­ra­to­re di pro­to­ni più gran­de al mon­do, ri­pren­de a spa­ra­re. Sot­to ter­ra, con un freddo be­stia­le, ora si sco­pri­rà quel­lo che non ab­bia­mo mai im­ma­gi­na­to sull'ori­gi­ne del no­stro univer

GQ (Italy) - - Storie - Te­sto di RO­BIN MCKIE Il­lu­stra­zio­ni di MAI­TE RO­DRI­GUEZ

I su­per­la­ti­vi ap­pli­ca­bi­li al Lar­ge Ha­dron Col­li­der (LHC), il più gran­de ac­ce­le­ra­to­re di par­ti­cel­le del mon­do nei pres­si di Gi­ne­vra, non man­ca­no. Per co­min­cia­re, l’enor­me strut­tu­ra sot­ter­ra­nea che spara fa­sci di pro­to­ni uno con­tro l’al­tro a ener­gie co­los­sa­li si può senz’al­tro con­si­de­ra­re il po­sto più freddo del­la Ter­ra. Far­li cur­va­re in cor­sa, lun­go i 27 chi­lo­me­tri dell’anello, ri­chie­de in­fat­ti mi­glia­ia di enor­mi ma­gne­ti e mol­to, mol­to freddo: la tem­pe­ra­tu­ra vie­ne por­ta­ta fi­no a 2 gra­di al di so­pra del­lo zero as­so­lu­to sul­la sca­la ter­mo­di­na­mi­ca, os­sia –271° C, affn­ché le cor­ren­ti elet­tri­che pos­sa­no fui­re sen­za re­si­sten­za.

« Non esi­ste in na­tu­ra un luogo freddo quan­to L’LHC » , af­fer­ma Ray Ve­ness, in­ge­gne­re ve­te­ra­no del CERN, il con­si­glio eu­ro­peo per la ri­cer­ca nu­clea­re. Pa­ra­dos­sal­men­te, il col­li­so­re – uti­liz­za­to da­gli scien­zia­ti per sco­pri­re il bo­so­ne di Higgs nel 2013 – di­ven­ta, tal­vol­ta, an­che uno dei luo­ghi più cal­di del­la Ter­ra: quan­do i fa­sci di pro­to­ni en­tra­no in col­li­sio­ne, dan­no luogo a mi­nu­sco­le esplo­sio­ni si­mi­li a quel­le che se­gui­ro­no il “big bang”, do­po la crea­zio­ne dell’uni­ver­so. In al­cu­ni ca­si, si ar­ri­va a tem­pe­ra­tu­re cen­to­mi­la vol­te su­pe­rio­ri a quel­le del nu­cleo so­la­re, sia pu­re per una so­la fra­zio­ne di se­con­do e in una mi­nu­sco­la regione del­lo spa­zio.

Mi­nu­sco­le esplo­sio­ni si­mi­li a quel­le che se­gui­ro­no il “big bang”

All’in­ter­no del col­li­so­re c’è il vuo­to. È l’am­bien­te più aset­ti­co mai crea­to dall’uo­mo: tutti gli ato­mi e le mo­le­co­le so­no sta­ti aspi­ra­ti dai tun­nel – crean­do co­sì un vuo­to più pu­ro di quel­lo re­pe­ri­bi­le nel­lo spa­zio in­tor­no al­la Ter­ra nel rag­gio di mi­lio­ni di chi­lo­me­tri – per evi­ta­re che an­che il più pic- co­lo ele­men­to pos­sa osta­co­la­re i fa­sci di pro­to­ni che sfrec­cia­no a una ve­lo­ci­tà pros­si­ma a quel­la del­la lu­ce. Il CERN, in­som­ma, ha co­strui­to la strut­tu­ra più cool al mon­do, ma tal­vol­ta an­che la più hot, il cui con­te­nu­to è un vuo­to più vuo­to del vuo­to in­ter­pla­ne­ta­rio.

Un ri­sul­ta­to paz­ze­sco. Ma an­co­ra non ba­sta. Gli scien­zia­ti e i tec­ni­ci del Cen­tro di Gi­ne­vra non si ri­ten­go­no an­co­ra sod­di­sfat­ti e stan­no met­ten­do a pun­to al­cu­ne mo­di­f­che che per­met­te­ran­no all’lhc di ri­crea­re even­ti di in­ten­si­tà su­pe­rio­re. «Il pri­mo pro­get­to, con­dot­to tra il 2008 e il 2012, è sta­to una spe­cie di bat­te­si­mo, per il col­li­so­re», rac­con­ta Ve­ness. «Da al­lo­ra ab­bia­mo ap­por­ta­to al­cu­ne mi­glio­rie, e adesso è pronto a mo­stra­re a tutti le sue ve­re po­ten­zia­li­tà».

Nel cor­so del pro­get­to inau­gu­ra­le, i pro­to­ni so­no sta­ti spa- ra­ti all’in­ter­no dell’lhc a ener­gie che rag­giun­ge­va­no an­che i quat­tro­mi­la mi­liar­di di elet­tron­volt (4 TEV). En­tran­do in col­li­sio­ne fron­ta­le, ge­ne­ra­va­no esplo­sio­ni di ener­gia fi­no a 8 TEV. Dai de­tri­ti su­ba­to­mi­ci pro­dot­ti dal­le col­li­sio­ni, gli scien­zia­ti so­no riu­sci­ti a ri­le­va­re l’esi­sten­za del bo­so­ne di Higgs. Le mi­glio­rie che il CERN ha qua­si fni­to di ap­por­ta­re al col­li­so­re di adro­ni con­sen­ti­ran­no ai fa­sci di pro­to­ni di rag­giun­ge­re i 6,5 TEV e di ge­ne­ra­re, col­li­den­do tra lo­ro, ener­gia fno a 13 TEV. «L’LHC è praticamente di­ven­ta­ta un’al­tra mac­chi­na, ora » , di­chia­ra Fré­dé­rick Bor­dry, di­ret­to­re de­gli ac­ce­le­ra­to­ri e del­la tec­no­lo­gia del CERN.

L’opi­nio­ne è con­di­vi­sa da Dave Charl­ton, pro­fes­so­re del­la Bir­min­gham Uni­ver­si­ty e por­ta­vo­ce dell’espe­ri­men­to “Atlas”, uno dei più im­por­tan­ti ri­ve­la­to­ri in­cor­po­ra­ti nelL’LHC. «Con questi in­cre­men­ti di ener­gia riu­sci­re­mo a crea­re un nu­me­ro as­sai più con­si­sten­te di par­ti­cel­le pe­san­ti ri­spet­to a tre an­ni fa. Po­tre­mo pro­ce­de­re in ter­ri­to­ri ine­splo­ra­ti: ri­spet­to al pro­get­to inau­gu­ra­le dell’lhc – quan­do si sa­pe­va che c’era­no buo­ne pos­si­bi­li­tà di ri­le­va­re il bo­so­ne di Higgs – ora è mol­to più dif fi­ci­le fa­re ipotesi su quel che fni­re­mo per tro­va­re. Que­sta vol­ta ci aspet­tia­mo di sco­pri­re fenomeni fsi­ci ine­di­ti, an­che se qual­che obiet­ti­vo l’ab­bia­mo pre­fis­sa­to. Tan­to per co­min­cia­re, uno dei no­stri com­pi­ti prin­ci­pa­li sa­rà quel­lo di ten­ta­re di ap­pu­ra­re se l’ipotesi del­la “su­per­sim­me­tria” è ve­ra o no».

Il pri­mo dei nuo­vi obiet­ti­vi: l’ipotesi del­la “su­per­sim­me­tria” è ve­ra?

Se­con­do la su­per­sim­me­tria, le par­ti­cel­le che co­sti­tui­sco­no la nor­ma­le ma­te­ria pos­sie­de­reb­be­ro an­che ver­sio­ni spe­cu­la­ri o su­per­sim­me­tri­che. Esi­ste­reb­be­ro, dun­que, i quark su­per­sim­me­tri­ci ( chia­ma­ti “squark”) e gli elet­tro­ni su­per­sim­me­tri­ci (i co­sid­det­ti “se­let­tro­ni”). «Il pro­ble­ma è che la su­per­sim­me­tria ipo­tiz­za l’esi­sten­za di que­ste en­ti­tà, ma non spie­ga a qua­li li­vel­li di ener­gia sia­no ri­le­va­bi­li » , con­ti­nua il pro­fes­sor Charl­ton.

I fsi­ci del CERN ipo­tiz­za­no che es­se pos­sa­no tro­var­si en­tro i li­vel­li di ener­gia pro­dot­ti dal­le col­li­sio­ni all’in­ter­no dell’lhc po­ten­zia­to. Se dav­ve­ro riu­scis­se­ro a in­di­vi­duar­le, si ri­sol­ve­reb­be for­se uno dei più gran­di mi­ste­ri dell’uni­ver­so: quel­lo re­la­ti­vo al­la na­tu­ra del­la ma­te­ria oscu­ra, che in teo­ria per­va­de il co­smo, con­fe­ren­do al­le ga­las­sie una mas­sa di gran lun­ga su­pe­rio­re a quel­la che è co­sti­tui­ta dal­la “nor­ma-

« C R E E R E MO UN NU ME­RO ENOR­ME DI PA R T I C E L L E

PE­SAN­TI»

le” ma­te­ria fat­ta di pro­to­ni, neu­tro­ni, elet­tro­ni. La sua esi­sten­za, pe­rò, è an­co­ra tut­ta da di­mo­stra­re: no­no­stan­te de­cen­ni di ten­ta­ti­vi, gli scien­zia­ti non so­no an­co­ra riu­sci­ti a os­ser­var­ne nem­me­no la più pic­co­la unità: il nuo­vo LHC po­treb­be cam­bia­re le cose.

«Il mo­del­lo at­tual­men­te più ac­cre­di­ta­to per la spie­ga­zio­ne del­la ma­te­ria oscu­ra è quel­lo dei Wimp, si­gla che sta per “Wea­kly In­te­rac­ting Mas­si­ve Par­ti­cles”, cioè “par­ti­cel­le pe­san­ti de­bol­men­te in­te­ra­gen­ti”», ag­giun­ge Charl­ton. «Non è esclu­so che sia pro­prio il ti­po di par­ti­cel­le che riu­sci­re­mo a ri­le­va­re con L’LHC».

E poi, il se­con­do obiet­ti­vo: os­ser­va­re il co­sid­det­to “quark beau­ty”

La pro­ba­bi­li­tà di ri­le­va­re le par­ti­cel­le su­per­sim­me­tri­che all’in­ter­no dei col­li­so­ri dell’lhc nei pros­si­mi due o tre an­ni è con­si­de­ra­ta mol­to al­ta an­che dal pro­fes­sor John Ellis, teo­ri­co di pun­ta del CERN e do­cen­te al King’s Col­le­ge di Lon­dra: «La mia opi­nio­ne è che un pos­si­bi- le co­sti­tuen­te-ba­se del­la ma­te­ria oscu­ra sia pro­prio una del­le par­ti­cel­le su­per­sim­me­tri­che più leg­ge­re», af­fer­ma.

«Per­ciò, ci so­no buo­ne pro­ba­bi­li­tà che la ma­te­ria oscu­ra si ma­ni­fe­sti nei ri­le­va­to­ri dell’lhc nel pros­si­mo pa­io d’an­ni o po­co più, an­che se ov­via­men­te non si ma­ni­fe­ste­rà in mo­do di­ret­to. Per sua stes­sa na­tu­ra, la ma­te­ria oscu­ra non in­te­ra­gi­sce qua­si con quel­la or­di­na­ria, sic­ché non po­trà es­se­re in­di­vi­dua­ta dai no­stri ri­le­va­to­ri se non come even­to ca­rat­te­riz­za­to da una man­can­za di ener­gia e di quan­ti­tà di mo­to. Sa­rà co­sì che sa­pre­mo di aver crea­to la ma­te­ria oscu­ra».

L’enor­me strut­tu­ra di Gi­ne­vra è pro­get­ta­ta per sod­di­sfa­re mol­te­pli­ci esi­gen­ze scien­ti­fi­che, tra cui quel­le del pro­fes­sor Guy Wil­kin­son e dei suoi col­le­ghi, che han­no in­stal­la­to uno spet­tro­me­tro LHC-B nel tun­nel dell’lhc. L’og­get­to prin­ci­pa­le del­le os­ser­va­zio­ni del­la sua squadra è il co­sid­det­to “quark beau­ty”, una par­ti­cel­la il cui com­por­ta­men­to è ri­te­nu­to es­sen­zia­le per la so­lu­zio­ne di un al­tro gran­de in­ter­ro­ga­ti­vo re­la- ti­vo al no­stro co­smo, ov­ve­ro: per­ché in es­so do­mi­na la ma­te­ria e non l’an­ti­ma­te­ria?

Dal “big bang” eb­be­ro ori­gi­ne, in­fat­ti, ugua­li quan­ti­tà di ma­te­ria e di an­ti­ma­te­ria, ma que­st’ul­ti­ma – no­no­stan­te gli sfor­zi de­gli astro­no­mi – og­gi è ri­le­va­bi­le solo at­tra­ver­so la sua as­sen­za. Que­sto do­mi­nio del­la ma­te­ria sull’an­ti­ma­te­ria, se­con­do la co­mu­ni­tà scien­ti­f­ca, è l’ef­fet­to di un pro­ces­so no­to come “vio­la­zio­ne del­la sim­me­tria CP”, an­che se que­sto fe­no­me­no non è an­co­ra sta­to ade­gua­ta­men­te com­pre­so.

« Vogliamo ca­pir­ci di più » , ag­giun­ge il pro­fes­sor Wil­kin­son. «Il pun­to cru­cia­le è che il “quark beau­ty” e il suo equi­va­len­te di an­ti­ma­te­ria si scom­pon­go­no in un nu­me­ro mol­to va­rio di mo­di, quan­do li si crea all’in­ter­no di un gran­de col­li­so­re come que­sto. So­no pro­prio que­ste di­ver­se mo­da­li­tà di de­ca­di­men­to a con­sen­tir­ci di stu­dia­re il com­por­ta­men­to di un ti­po di ma­te­ria or­di­na­ria, per con­tra­sto con il suo co­rol­la­rio di an­ti­ma­te­ria. Spe­ria­mo di riu­sci­re a in­di­vi­dua­re in que­sto mo­do l’esat­to mec­ca­ni­smo che, al­la fne, ha fat­to pre­va­le­re la ma­te­ria sull’an­ti­ma­te­ria nel no­stro uni­ver­so».

«Do­po due an­ni di chiu­su­ra, spin­ge­re­mo la tec­no­lo­gia ai suoi li­mi­ti»

In­som­ma, si at­ten­do­no gran­di novità dall’lhc, al ter­mi­ne del lun­go bien­nio di chiu­su­ra del­la strut­tu­ra, che ha coin­ci­so con il suo ria­dat­ta­men­to. «La mes­sa a pun­to del­la mac­chi­na ha ri­chie­sto due mi­lio­ni di ore di la­vo­ro», pro­se­gue Wil­kin­son. «Con L’LHC, si trat­ta sem­pre di spin­ge­re la tec­no­lo­gia fno ai suoi li­mi­ti estre­mi, ma adesso ri­te­nia­mo di es­se­re pron­ti: nel­le pros­si­me settimane ri­co­min­ce­re­mo a spa­ra­re pro­to­ni. Il col­li­so­re tor­ne­rà ope­ra­ti­vo a pie­no ritmo nel gi­ro di qual­che me­se. E a quel pun­to ci sa­rà dav­ve­ro da di­ver­tir­si».

DUE MI­LIO­NI

DI ORE DI L AVO R O P E R LA ME SSA A

P U N TO

«Adesso po­tre­mo ca­pi­re per­ché , do­po il big

bang”, la ma­te­ria ha do­mi­na­to l’an­ti­ma­te­ria»

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