Distruggere i protoni nelle cattedrali della scienza

Il pittoresco confine franco-svizzero tra le Alpi e il Giura attira da tempo sciatori ed escursionisti di tutto il mondo. Ma il 30 marzo, fisici e giornalisti convergono in questa valle, vicino a Ginevra, desiderosi di assistere alla storia che viene fatta a 100 metri sotto la superficie

in costruzione Markus Klute ha offerto agli altri membri della facoltà del MIT un tour durante la costruzione del CMS (da sinistra: Daniel Freedman, Klute, Christoph Paus e Edward Farhi).

I visitatori si sono diretti verso la sala di controllo del Compact Muon Solenoid (CMS), un dispositivo ospitato in una delle quattro enormi caverne sotterranee del Large Hadron Collider (i fisici amano chiamarle cattedrali della scienza) collegate da 27 chilometri di tunnel . Con un diametro di 15 metri per 22 metri di lunghezza e un peso di 12.500 tonnellate, più della Torre Eiffel, il CMS era pronto a inviare centinaia di miliardi di protoni che sfrecciavano l'uno verso l'altro attraverso piccoli tubi del vuoto a velocità prossime a quella della luce. Quando si schiantavano, il dispositivo misurava per la prima volta la posizione precisa e l'energia delle particelle prodotte da tali collisioni, dando ai fisici la prima occhiata alla fisica sottostante.

Questa storia faceva parte del nostro numero di settembre 2010

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All'ora di pranzo, il centro di controllo CMS era pieno. Alle 12:58, i monitor di frequenza che tracciano l'attività all'interno del rivelatore CMS sono aumentati, rivelando la presenza delle prime collisioni protone-protone. Pochi secondi dopo, le prime immagini delle interazioni protoniche e delle nuove particelle prodotte hanno illuminato gli schermi. Le particelle cariche ricostruite apparivano come punti gialli brillanti con tentacoli dorati; i depositi di energia sono stati indicati da rettangoli rossi e blu di diverse dimensioni. Applausi selvaggi e applausi sono scoppiati e sono andati avanti per minuti. Un palpabile senso di sollievo inondò la stanza. Venticinque anni dopo l'idea di un Large Hadron Collider al CERN, e 12 anni dopo l'inizio della costruzione, l'LHC aveva ottenuto le collisioni protone-protone a più alta energia di sempre, dando inizio a una nuova era nella fisica delle particelle.

Quella sera, presso la sede del CERN, i ristoranti del laboratorio ospitante dell'LHC hanno animato le discussioni sugli eventi della giornata. Come le solite conversazioni animate sulla qualità della neve nelle Alpi, la Coppa del Mondo di calcio e gli ultimi sviluppi in fisica, informatica e ingegneria, questi scambi sono stati condotti in inglese a vari livelli di competenza, anche se potevano essere sentito. Il raggiungimento del traguardo delle prime collisioni a sette teraelettronvolt è stato motivo di festa. Un fallimento quel giorno sarebbe stato davvero un male per il nostro campo.

Da marzo, l'LHC si è comportato bene, producendo numerose collisioni. Sono in corso di discussione le prime osservazioni degli eventi dei bosoni W e Z negli esperimenti di LHC; poiché avevamo già misurato le proprietà dei bosoni con altissima precisione in rivelatori più piccoli, servono come candele standard per l'allineamento e la calibrazione dell'LHC. I primi quark top, le particelle elementari più pesanti conosciute, dovrebbero apparire presto. Gli scienziati conoscono queste particelle da molti anni, ma la comunità dei fisici è molto eccitata alla prospettiva di vederne le prove in prima persona all'LHC. E quell'eccitazione si intensificherà solo se vedremo fenomeni veramente nuovi.

Potrebbero volerci anni prima di trovare risposte a domande così grandi come da dove proviene la massa delle particelle elementari, in cosa consiste la materia oscura osservata nelle galassie e se la supersimmetria e le dimensioni extra proposte dalla teoria delle stringhe esistono davvero. Ma ci stiamo avvicinando, ora che siamo in grado di creare nuove particelle massicce e sondare la materia su scale molto piccole. I risultati degli esperimenti di LHC stabiliranno l'agenda per le future generazioni di fisici delle particelle.

L'obiettivo del mio team al MIT è trovare il tanto agognato bosone di Higgs, la cui scoperta fornirebbe informazioni su come le particelle acquisiscono massa. Sebbene il bosone di Higgs sia entrato nel panorama teorico 40 anni fa, rimane inafferrabile perché viene prodotto raramente e decade istantaneamente. La sfida sperimentale è identificare la firma dei suoi prodotti di decadimento, un compito complicato dall'esistenza di altri processi con firme simili. La sfida può essere paragonata a trovare non un ago in un pagliaio ma, piuttosto, un distinto pezzo di fieno. Ho iniziato a lavorarci come studente universitario quasi 12 anni fa, e ora la comunità scientifica ha finalmente gli strumenti in mano per rendere possibile la scoperta. È un momento emozionante per essere un fisico delle particelle e un'opportunità irripetibile per lavorare al centro di questa eccitazione.

Markus Klute è un assistente professore di fisica e guida il team del MIT alla ricerca del bosone di Higgs all'LHC. Per vedere le immagini dell'esperimento CMS del 30 marzo, vai su technologyreview.com/LHC .

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