Gli acceleratori di particelle sono tra le macchine più straordinarie mai costruite dall’uomo. Strumenti fondamentali per la fisica delle alte energie, permettono di esplorare i mattoni fondamentali dell’Universo, svelando misteri sulla natura della materia e delle forze fondamentali. Il più famoso tra questi è il Large Hadron Collider (LHC) del CERN, protagonista della scoperta del Bosone di Higgs nel 2012.

Cos’è un Acceleratore di particelle?

Un acceleratore di particelle è una macchina che utilizza campi elettrici e magnetici per aumentare l’energia di particelle subatomiche (come protoni ed elettroni) e farle collidere a velocità prossime a quella della luce. Queste collisioni ad altissima energia permettono di ricreare condizioni simili a quelle esistenti nei primi istanti dopo il Big Bang, consentendo ai fisici di studiare particelle che non esistono più in natura.

Tipologie di Acceleratori

Gli acceleratori si dividono in due categorie principali:

• Lineari (LINAC): Le particelle vengono accelerate lungo una traiettoria rettilinea.
• Circolari: Le particelle viaggiano in un anello e vengono accelerate progressivamente a ogni passaggio.

Tra gli acceleratori più importanti troviamo:

• Large Hadron Collider (LHC): Il più grande e potente acceleratore al mondo, situato al CERN di Ginevra, con un anello di 27 km.
• Fermilab (Tevatron): Un tempo uno degli acceleratori più importanti, ora dismesso.
• SLAC (Stanford Linear Accelerator Center): Un acceleratore lineare per lo studio di particelle elementari.

Come funzionano?

1. Generazione delle Particelle: Si parte da particelle cariche, come protoni o elettroni, estratte da una sorgente.
2. Accelerazione: I campi elettrici accelerano le particelle lungo il percorso.
3. Mantenimento della Traiettoria: Magneti superconduttori guidano e mantengono le particelle su un’orbita precisa.
4. Collisione: Le particelle accelerate si scontrano tra loro o contro bersagli fissi.
5. Rilevazione: Rivelatori sofisticati (come ATLAS e CMS al CERN) analizzano i frammenti prodotti dalle collisioni.

Il CERN e il Bosone di Higgs

Il CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) è il più importante centro di fisica delle particelle al mondo. Nel 2012, grazie all’LHC, i fisici hanno scoperto il Bosone di Higgs, una particella fondamentale prevista dal Modello Standard, responsabile del meccanismo con cui le particelle acquisiscono massa.

Questa scoperta ha confermato la teoria del fisico Peter Higgs e gli è valsa il Premio Nobel per la Fisica nel 2013. La comprensione del bosone di Higgs è stata un passo fondamentale nella ricerca di una teoria unificata delle forze fondamentali.

Applicazioni degli Acceleratori di particelle

Oltre alla ricerca fondamentale, gli acceleratori hanno numerose applicazioni pratiche:

• Medicina: Terapie contro il cancro (ad esempio la protonterapia).
• Materiali e nanotecnologie: Studio delle proprietà dei materiali.
• Energia nucleare: Studio della fusione e fissione nucleare.
• Industria: Sterilizzazione di strumenti medici e miglioramento dei semiconduttori.

Gli acceleratori di particelle sono strumenti cruciali per esplorare l’infinitamente piccolo e comprendere meglio l’Universo. Dal Modello Standard alla ricerca di nuove particelle, la fisica delle alte energie continua a riservare sorprese. Il futuro vedrà acceleratori ancora più potenti, come il Future Circular Collider (FCC), destinati a spingere i limiti della conoscenza umana ancora più in là.