| Scienze |
CERN70: La fine dell'alfabeto |
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| 30 Luglio 2024 | ||||||||||
Il nome di Carlo Rubbia è strettamente legato alla scoperta dei bosoni W e Z al CERN (Parte 13 della serie di approfondimenti CERN70 . Per approfondire: cern70.cern *)
Nel 1983 il CERN vide la fine dell’alfabeto delle particelle quando il laboratorio annunciò la scoperta deli bosoni W e Z, ricercati da tempo. L'annuncio fu così clamoroso che l'anno successivo i due scienziati artefici della scoperta ricevettero il Premio Nobel per la fisica. Nel 1984 Carlo Rubbia, promotore della trasformazione dell'acceleratore SPS in un collisore di protoni e antiprotoni e portavoce dell'esperimento UA1, e Simon van der Meer, inventore della tecnica del “raffreddamento stocastico” essenziale per il funzionamento del collisore, vennero così premiati dall'Accademia Nobel. Per comprendere il significato di questa scoperta dobbiamo tornare ad altri tre vincitori del Premio Nobel. Negli anni '60 Steven Weinberg, Abdus Salam e Sheldom Glashow proposero una teoria secondo la quale la forza elettromagnetica e la forza debole, responsabile tra l'altro della radioattività, sarebbero entrambe manifestazione di un'unica interazione. Questa forza elettrodebole si eserciterebbe tra le particelle elementari grazie allo scambio di tre particelle massicce, i bosoni W+, W- e Z0. La prima prova di questa interazione unificata fu fornita già dal CERN nel 1973 con l'esperimento Gargamella. Ma non c’era ancora nessuna traccia dei famosi bosoni W e Z, in quanto troppo massicci da poter essere prodotti dagli acceleratori dell’epoca. Tuttavia, le idee non mancano ai cacciatori di bosoni. Nel 1976, David Cline, Peter McIntyre e Carlo Rubbia proposero di trasformare il più grande acceleratore del CERN, l'SPS appena entrato in servizio, in un collisore di protoni e antiprotoni, producendo energia sufficiente per creare i bosoni sperati.
L'acceleratore venne trasformato nel giro di soli tre anni, tra il 1978 e il 1981. Contemporaneamente furono sviluppati due esperimenti: UA1 e UA2. Il loro obiettivo principale era simile, la caccia ai bosoni W e Z, ma i due rivelatori differivano sotto molti aspetti. UA1, guidato da Carlo Rubbia, inaugurò l'era delle grandi collaborazioni, riunendo circa 130 fisici. Il suo rilevatore, immenso per l'epoca, pesava non meno di 2.000 tonnellate e i suoi obiettivi scientifici erano molteplici. UA2, dieci volte più compatto, riunì una cinquantina di fisici ed era pensato più specificatamente per la ricerca di W e Z. Nel luglio 1981 l'SPS registrò le sue prime collisioni. Alla fine del 1982 furono registrati circa 1 milione di eventi che potevano rivelare i bosoni W e Z. Il 21 gennaio 1983 UA1 annunciò la scoperta delle due particelle W. UA2 confermò l'osservazione. In primavera vennero create particelle W in un numero dieci volte superiore. Nel mese di maggio il CERN annunciò la scoperta del terzo bosone intermedio, lo Z0. Al di là dell’importanza dei risultati per la fisica, la scoperta dei bosoni W e Z fu fondamentale per rafforzare la fiducia della comunità scientifica della necessità di costruire l'acceleratore LEP (Large Electron Positron), entrato in servizio nel 1989. LEP fu una vera e propria fabbrica di particelle Z – producendo circa 20 milioni di Z – prima di diventare una fabbrica di particelle W, e misurando le proprietà di entrambi i bosoni con estrema precisione. Testimonianze “La scoperta dei bosoni W e Z, prontamente riconosciuta dal Comitato per il Nobel, è stata, per così dire, la punta dell’iceberg, preludio di un’avventura meravigliosa e unica alla quale hanno apportato enormi contributi persone straordinarie provenienti da tanti paesi diversi [ …]. " Carlo Rubbia
Il nome di Carlo Rubbia è strettamente legato alla scoperta dei bosoni W e Z al CERN. Nel 1984 ha ricevuto, insieme a Simon van der Meer, il Premio Nobel per la fisica per il suo lavoro a capo dell'esperimento UA1, che ha portato a questa scoperta. Il suo mandato come Direttore Generale del CERN, dal 1989 al 1993, è stato segnato dall'inaugurazione del Large Electron-Positron Collider (LEP) e dai primi risultati dei quattro esperimenti presso questo acceleratore. “Sono venuto per la prima volta al CERN all’inizio del 1960. Ancora oggi sono motivato ed entusiasta di questa cooperazione internazionale istituzionalizzata come quando sono arrivato, in un’epoca in cui questo concetto innovativo, così popolare oggi, era quasi sconosciuto. Il CERN è stato creato da un gruppo straordinario di fondatori, mentre l’Europa si preparava a tornare alla prosperità. L'obiettivo era quello di promuovere la scienza pura su scala europea e, dopo i disastri della seconda guerra mondiale, di creare fiducia tra persone provenienti da paesi, tradizioni e mentalità diverse. Per noi, il CERN si è rivelato uno straordinario “crogiolo” in cui si sono riuniti un gran numero di giovani e straordinari talenti provenienti da molti paesi diversi. Vivendo insieme – per così dire sotto lo stesso tetto – e con risorse adeguate, abbiamo potuto operare in un clima unico di assoluta libertà scientifica, con notevole entusiasmo e motivazione. Siamo tutti testimoni che l’efficacia di una squadra è molto maggiore della somma dei contributi di ciascuno dei suoi membri. L'originalità della comunità degli acceleratori del CERN fu immediatamente evidente quando John Adams, allora trentenne, e la straordinaria squadra da lui messa insieme, crearono il primo acceleratore di protoni a forte focalizzazione. Ha avuto il coraggio di annullare il progetto a bassa focalizzazione da 10 gigaelettronvolt (GeV), che era già stato approvato, e di optare per un sincrotrone protonico da 25 GeV completamente innovativo.
L'avventura successiva fu la realizzazione degli anelli di stoccaggio intersecanti, gli ISR, che servirono da “riferimento” per tutti i progetti successivi e che furono resi possibili grazie alla visione dell'allora direttore generale, Viki Weisskopf. Tuttavia, i risultati fisici furono probabilmente inferiori a quanto ci si potesse aspettare, soprattutto a causa della scelta della strumentazione poco adatta all’epoca. Ma le numerose innovazioni negli acceleratori apportate con l’ISR hanno permesso all’SPS di essere molto più avanzato dell’acceleratore Fermilab negli Stati Uniti, una macchina abbastanza classica. Ottimo acceleratore, l'SPS aveva tutte le caratteristiche per trasformarsi rapidamente in un collisore. Mancava solo una fonte di protoni “industriale”, in un’epoca in cui anche produrre una manciata di antiprotoni era già considerata un’impresa. Era necessario superare il cosiddetto teorema di Liouville e approfondire i primi studi effettuati all'ISR da Wolfgang Schnell e Simon van der Meer. L'entusiasmo fu tale che ci vollero meno di due anni per costruire questo gioiello che è l'accumulatore di antiprotoni! Alla meravigliosa successione di nuovi acceleratori, prima l’SPS e poi il Large Electron-Positron Collider (LEP), si affiancarono una serie di tecnologie per esperimenti altrettanto rivoluzionari, come le “wire and drift chambers”, il calorimetro (Herwig Schopper) e altre. Senza questi strumenti le grandi scoperte fatte nel nostro campo non sarebbero state possibili. Questo è il motivo per cui Georges Charpak ha ben meritato il premio Nobel.
La scoperta dei bosoni W e Z, subito riconosciuta dal Comitato per il Nobel, è stata, per così dire, la punta dell'iceberg, preludio di un'avventura meravigliosa e unica alla quale hanno apportato enormi contributi persone straordinarie provenienti da tanti paesi diversi, molte delle quali, purtroppo, non sono più tra noi. Per valutare l’importanza di ciò che le squadre del CERN riuscirono a realizzare, basti ricordare che fino all’LHC, la ricerca condotta a livello mondiale sugli adroni ad alta energia era dominata da due collisori protone-antiprotone: il primo interamente sviluppato al CERN e il secondo, con energia maggiore, nel Tevatron al Fermilab. Abbiamo gioito enormemente di quest’epoca al CERN e siamo orgogliosi di ciò che siamo riusciti a realizzare. Per citare Simon van der Meer: “Se hanno un’idea, non importa quanto folle possa essere, dovrebbero verificarla. Una volta su cento, questa idea si rivelerà una buona idea”. “ ---- Questa intervista è tratta dal libro “Infiniment CERN” pubblicato nel 2004 in occasione del cinquantesimo anniversario del CERN. * Il CERN celebra il suo 70° anniversario nel 2024. Per approfondire: cern70.cern Articoli correlati: http://www.shan-newspaper.com/web/scienze/1220-carlo-rubbia-un-ragazzo-di-80-anni-che-non-ha-mai-smesso-di-sognare.html |
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