Il Large Hadron Collider Spiegato
26 maggio 2024Stagione 3Episodio 5
Equedia Investment Letter
È enorme.
È lungo 27 chilometri e si trova a 100 metri sotto terra.
Ci sono voluti migliaia di persone da oltre 100 paesi e 30 anni per costruirlo.
Costa più di 5 miliardi di dollari.
È il più grande strumento scientifico mai costruito dall'uomo.
Si dice che possa aprire portali verso altre dimensioni e persino creare buchi neri.
Ed è stato acceso.
Versione integrale con immagini e grafici qui: https://www.equedia.com/large-hadron-collider-explained/
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È enorme.
È lungo 27 chilometri e si trova a 100 metri sotto terra.
Ci sono voluti migliaia di persone da oltre 100 paesi e 30 anni per costruirlo.
Costa più di 5 miliardi di dollari.
È il più grande strumento scientifico mai costruito dall'uomo.
Si dice che possa aprire portali verso altre dimensioni e persino creare buchi neri.
Ed è stato acceso.
Allora cos'è?
Si chiama Large Hadron Collider (LHC).
Costruito dall'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, meglio conosciuta come CERN, è il più grande sistema di vuoto operativo del mondo e l'acceleratore di particelle più grande e potente – un lungo tubo circolare composto da tubi speciali che sono vuoti come lo spazio interstellare e più freddi dello spazio stesso.
Infatti, la temperatura all'interno di quei tubi è un folle -271,3°C — solo pochi gradi al di sotto della temperatura in cui ogni movimento molecolare cessa: lo zero assoluto.
Eppure, può generare una temperatura sbalorditiva di 5 trilioni di gradi Celsius – più calda di un'esplosione di supernova e 366.000 volte più calda del centro del sole.
Non c'è da meravigliarsi se alcuni credono che possa creare un buco nero e far esplodere il mondo.
Ma cos'è realmente?
È un enorme acceleratore di particelle.
Non preoccuparti; gli acceleratori di particelle esistono dagli anni '30.
Sono usati per produrre particelle energetiche per esplorare ciò che compone il centro degli atomi, la struttura del nucleo atomico.
Questi acceleratori possono essere a forma di anello, dove le particelle sfrecciano in cerchio, o in linee rette, dove le particelle sfrecciano da un'estremità all'altra.
Funzionano utilizzando campi elettrici per spingere le particelle in una direzione, creando più energia e facendole muovere più velocemente.
In teoria, la lunghezza di un acceleratore, come un acceleratore di particelle, è direttamente correlata all'energia e alla velocità delle particelle che può produrre.
Acceleratori più lunghi consentono una maggiore accelerazione, il che significa che le particelle possono raggiungere velocità più elevate. Questo perché le particelle vengono accelerate più volte mentre viaggiano lungo l'acceleratore, guadagnando più velocità ad ogni passaggio.
Con i suoi 27 chilometri di lunghezza, il Large Hadron Collider accelera i protoni a quasi la velocità della luce prima di farli scontrare.
Ma perché?
I protoni sono una delle particelle più piccole che conosciamo oggi – secondi solo a quark e leptoni (ne parleremo tra poco).
Per darti un'idea, un protone è circa 100.000 volte più piccolo dell'atomo in cui risiede.
Immagina un granello di sabbia tipicamente di circa 0,5-2 millimetri di dimensione. Ora, considera che un protone è circa 100.000 volte più piccolo di quel granello di sabbia. Se un granello di sabbia fosse delle dimensioni della Terra, un protone sarebbe circa delle dimensioni di una piccola biglia su quella scala.
Questa non è nemmeno la parte più folle.
All'interno del Large Hadron Collider, due fasci di particelle ad alta energia che trasportano protoni viaggiano a una velocità prossima a quella della luce prima di essere fatti collidere. I fasci viaggiano in direzioni opposte in tubi separati all'interno di uno spazio largo quanto un capello umano.
Quel capello potrebbe sembrare piccolo, ma un protone rispetto alla larghezza del tuo capello è come un granello di sale rispetto all'intera Terra!
Far scontrare protoni che viaggiano quasi alla velocità della luce è estremamente difficile – come sparare due aghi a 10 chilometri di distanza con tale precisione da farli incontrare a metà strada e dividerli a vicenda.
Allora come fanno?
Per assicurare che i protoni rimangano in traiettoria, un anello di 27 km di magneti superconduttori mantiene campi magnetici, che aiutano a guidare e focalizzare queste particelle.
Gli elettromagneti sono costruiti con speciali bobine di cavi elettrici che operano in uno stato superconduttore, conducendo efficientemente l'elettricità senza resistenza o perdita di energia. Questo richiede il raffreddamento dei magneti a – 271,3°C – una temperatura più fredda dello spazio esterno.
Poco prima della collisione, un altro tipo di magnete viene utilizzato per “stringere” le particelle più vicine, aumentando le possibilità di collisioni.
Questo intero processo richiede una quantità folle di energia, quindi tutto deve essere perfetto, proprio come un lancio di razzi.
Infatti, il Large Hadron Collider utilizza circa 120 megawatt di potenza quando è in funzione — abbastanza per alimentare una piccola città!
Certo, sarebbe sciocco pensare che sparino solo un paio di protoni per far funzionare tutto questo.
Perché rischiare di sparare un solo ago per colpirne un altro a 10 km di distanza? Le probabilità che quegli aghi si colpiscano a vicenda sarebbero piuttosto scarse.
Ed è così.
Allora come fanno?
Beh, come probabilmente avrai intuito, sparano più di un protone alla volta – miliardi, in realtà.
In media, ogni fascio contiene 100 miliardi di protoni inviati in direzioni opposte — ovvero 100 miliardi di protoni contro 100 miliardi di protoni!
Ma non tutti questi protoni vengono sparati contemporaneamente.
Dispongono questi protoni in pacchetti, con circa 2.808 pacchetti per fascio, ciascuno contenente miliardi di protoni.
Con 2.808 pacchetti per fascio, ci sono circa 208.320 pacchetti che circolano nel collider in qualsiasi momento.
E indovina quanti effettivamente collidono per incrocio?
Solo 50-60 protoni.
Ecco perché lo fanno ancora e ancora — ben 30 milioni di volte… al secondo!
Con quasi 3000 pacchetti, ciascuno con oltre 100 miliardi di protoni, il Large Hadron Collider sta creando 1 miliardo di collisioni al secondo!
Ma perché?
È per aprire un'altra dimensione? È per creare un buco nero? È per evocare spiriti maligni?
Forse…
Ma non è tecnicamente e scientificamente per questo che è stato progettato.
È stato progettato per studiare ciò che ha creato l'Universo – per capire cosa potrebbe essere successo vicino all'inizio dell'Universo, quando si suppone sia avvenuto il Big Bang.
Come ha fatto il più piccolo dei piccoli a creare una quantità così enorme di energia da creare l'Universo come lo conosciamo oggi?
Preoccupati per il CERN?
So cosa stai pensando: se riuscissimo a replicare il Big Bang, la più grande esplosione nella storia dell'Universo, non ci annienterebbe?
Beh, non c'è bisogno di preoccuparsi – per ora.
Nonostante sia stato progettato per replicare il tempo più vicino al Big Bang, quando due protoni collidono nel Large Hadron Collider, l'energia rilasciata è dell'ordine di un miliardesimo di joule.
Questo è simile all'energia cinetica di una zanzara in volo.
In confronto, un fulmine rilascia circa 5 miliardi di joule di energia, ovvero circa 1 milione di volte più energia di una singola collisione protone-protone nel Large Hadron Collider.
Tuttavia, gli scienziati hanno scoperto che quando i protoni collidono a velocità incredibilmente elevate, rilasciano così tanta energia da potersi trasformare in massa fisica.
Se l'energia è sufficientemente alta, può trasformarsi in particelle misteriose o sconosciute — ed è questo che gli scienziati stanno cercando.
Vedi, la matematica è una cosa molto interessante che può prevedere e risolvere molte domande senza risposta.
Ad esempio, la teoria della relatività di Albert Einstein, meglio conosciuta come E=mc 2, non fu dimostrata se non decenni dopo la sua prima pubblicazione.
Nel 1869, il chimico russo Dmitri Mendeleev creò un quadro che si evolse nella moderna tavola periodica. Ma quando la disegnò, lasciò dei segnaposto per elementi che sapeva esistevano ma che dovevano ancora essere identificati. Anticipò persino le caratteristiche di alcuni elementi sconosciuti, assegnando loro nomi provvisori come “eka-alluminio” per un elemento simile all'alluminio. Anni dopo, l'eka-alluminio fu identificato come gallio. Nonostante alcune incongruenze, la sua teoria degli “elementi mancanti” si dimostrò piuttosto accurata.
Quindi, proprio come abbiamo scoperto gli elementi della tavola periodica con la matematica, potrebbero esserci particelle che dobbiamo ancora scoprire e che potrebbero cambiare il modo in cui vediamo l'Universo?
La risposta è sì.
Il Modello Standard
Pensa di dividere qualcosa più e più volte finché non ottieni qualcosa che non può più essere diviso.
Queste sono chiamate particelle elementari – i blocchi costitutivi più fondamentali della materia e dell'energia nell'Universo.
Hai sentito parlare di elettroni e fotoni – queste sono particelle elementari.
Proprio come i chimici si affidano alla tavola periodica, i fisici si affidano al Modello Standard per queste particelle elementari — una teoria nella fisica delle particelle che descrive le particelle e le forze fondamentali che compongono l'Universo.
I fermioni sono le particelle che compongono la materia. Includono i quark (che compongono protoni e neutroni) e i leptoni (come gli elettroni), i più piccoli dei piccoli come li conosciamo oggi.
Infatti, quark e leptoni sono così piccoli che non ci sono prove che abbiano alcuna dimensione. Strano, vero?
Tuttavia, i fisici dei collider Tevatron del Fermilab e LEP e LHC del CERN hanno stabilito un limite alla dimensione di quark e leptoni: devono essere più piccoli di circa 0,001 volte la dimensione di un protone.
I bosoni, d'altra parte, sono particelle che mediano le forze tra i fermioni. In termini più semplici, sono i portatori di forze ed energia nell'Universo.
Tuttavia, prima del 2012, il Modello Standard prevedeva che dovesse esserci un'altra particella – una particella che era probabilmente presente vicino all'inizio dell'Universo ma che doveva ancora essere trovata.
Hanno chiamato questa particella misteriosa la “particella di Dio”, altrimenti nota come bosone di Higgs.
L'esistenza del bosone di Higgs era necessaria per spiegare come le particelle acquisiscono massa – senza la sua conferma, il Modello Standard sarebbe incompleto.
Ecco il premio Nobel Peter Higgs che descrive cos'è.
https://x.com/NobelPrize/status/1779190652175011900
In termini più semplici, questa “particella di Dio” è la ragione per cui tutto ciò che sentiamo esiste.
Per confermare l'esistenza del bosone di Higgs, i fisici dovevano concentrare abbastanza energia in un unico luogo per crearlo — come far scontrare due protoni a quasi la velocità della luce.
Questa è una delle ragioni principali — almeno, come hanno dichiarato pubblicamente — per cui è stato creato il Large Hadron Collider.
Nel 2012, dopo aver ripetutamente fatto scontrare protoni al Large Hadron Collider, è stato scoperto il bosone di Higgs.
Ma come?
È qui che la matematica gioca un ruolo critico – ed è per questo che migliaia di scienziati sono stati necessari per confermarlo.
Vedi, quando i protoni vengono fatti scontrare, creando le speciali e misteriose particelle di Dio, esse esistono solo brevemente prima di ritrasformarsi in particelle normali.
Ecco perché il Large Hadron Collider dispone di alcuni dei sensori e rivelatori più avanzati mai costruiti per la ricerca in fisica delle particelle.
Quando queste particelle esplodono e volano verso i sensori, i sensori registrano esattamente dove queste particelle colpiscono.
Lavorando a ritroso e utilizzando la fisica più complessa per ricostruire ciò che è accaduto al momento della collisione per confermare la particella misteriosa, i fisici sono stati in grado di rilevare un piccolo “blip”.
Assomiglia a questo:
E sì, è così. Questo “blip” è ciò che ha confermato la presenza del bosone di Higgs.
Miliardi di dollari, 100 paesi e migliaia di scienziati sono culminati per creare questo “blip” in un grafico.
Se pensi davvero di poter capire la fisica avanzata, sentiti libero di saperne di più su questo “blip” qui.
Che “Blip”!?!
Sicuramente, gli scienziati non avrebbero speso così tanto tempo e denaro solo per creare un “blip” in un grafico.
Sicuramente, stavano almeno cercando di aprire portali o evocare demoni.
Ebbene, nonostante una scoperta piuttosto banale per quanto riguarda la vita reale, il sottoprodotto del lavoro svolto al CERN ha effettivamente generato una tonnellata di applicazioni nella vita reale.
Questi includono trattamenti contro il cancro, auto elettriche, imaging medico e persino il World Wide Web.
Forse, alla fine, la scoperta fatta utilizzando il Large Hadron Collider potrebbe spingere il nostro mondo in una nuova area di scoperta. Forse può aiutarci a comprendere meglio la materia oscura o persino l'anti-gravità e l'energia del punto zero.
E mentre ci sono scettici su ciò che il Large Hadron Collider può insegnarci, questo non impedisce agli scienziati di portare avanti la sua ricerca.
Infatti, gli scienziati stanno già cercando di sviluppare un collider ancora più grande in Europa – uno lungo 100 km e chiamato in modo insipido il Future Circular Collider.
Indovina chi altro sta cercando di costruire il proprio collider da 100 km?
Esatto, la Cina.
Tramite South China Morning Post:
“La costruzione del più grande collider di particelle del mondo potrebbe iniziare in Cina tra tre anni, anche se deve ancora ottenere l'approvazione del governo e assicurarsi i finanziamenti, ha detto uno scienziato di spicco.
Il Circular Electron Positron Collider (CEPC) da 36 miliardi di yuan (5 miliardi di dollari USA), noto anche come fabbrica di Higgs, richiederà circa 10 anni per essere costruito e diventerà il prossimo centro globale di fisica delle particelle, secondo Wang Yifang, direttore dell'Istituto di Fisica delle Alte Energie di Pechino.
Accelerando elettroni e le loro antiparticelle – positroni – in un tunnel sotterraneo lungo 100 km (62 miglia) a energie estremamente elevate e facendoli scontrare tra loro, il CEPC creerà milioni di bosoni di Higgs e permetterà agli scienziati di fare nuove scoperte oltre il Modello Standard – la nostra migliore teoria esistente per descrivere i blocchi costitutivi fondamentali dell'Universo.”
Quindi, mentre miliardari come Elon Musk e Jeff Bezos lanciano cose nello spazio, gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di creare le cose che creano lo spazio.
Cosa succederà quando faremo scontrare particelle usando energie più alte che mai?
Un collider da 100 km potrebbe potenzialmente raggiungere energie di collisione di 100 tera-elettronvolt, circa sei volte l'energia di collisione del Large Hadron Collider (LHC), e pari all'energia di collisione creata da resti di supernova, pulsar e raggi cosmici.
La domanda è: questo farà la differenza?
Cosa pensi che succederà? Creeremo un buco nero? Apriremo un'altra dimensione? Creeremo materia oscura e sfrutteremo energia illimitata?
La ragione per spiegare cos'è il Large Hadron Collider in questa newsletter di investimento è per mostrarti che ci sono una miriade di nuove tecnologie all'orizzonte che cambieranno la nostra comprensione del mondo.
Questo include non solo nuove scoperte con l'IA, ma anche scoperte che utilizzano strumenti che ci permettono di vedere cose così piccole da poter rilevare malattie con un solo respiro.
Buona caccia.
Cerca la verità e sii preparato,
Carlisle Kane
