Il Large Hadron Collider (LHC) è una meraviglia della moderna fisica delle particelle che ha permesso ai ricercatori di esplorare le profondità della realtà. Le sue origini risalgono al 1977, quando Sir John Adams, ex direttore dell'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), suggerì di costruire un tunnel sotterraneo in grado di ospitare un acceleratore di particelle in grado di raggiungere energie straordinariamente elevate, secondo un Documento di storia 2015 del fisico Thomas Schörner-Sadenius.
Il progetto fu ufficialmente approvato venti anni dopo, nel 1997, e la costruzione iniziò su un anello lungo 27,5 miglia (27 chilometri) che passò sotto il confine franco-svizzero in grado di accelerare le particelle fino al 99,99 percento della velocità della luce e distruggendole insieme. All'interno dell'anello, 9.300 magneti guidano i pacchetti di particelle cariche in due direzioni opposte ad una velocità di 11.245 volte al secondo, riunendoli infine per una collisione frontale. La struttura è in grado di creare circa 600 milioni di collisioni al secondo, sprigionando incredibili quantità di energia e, di tanto in tanto, una particella pesante esotica e mai vista prima. L'LHC funziona a energie 6,5 volte più elevate del precedente acceleratore di particelle detentore di record, il Tevatron disattivato di Fermilab negli Stati Uniti
La costruzione di LHC è costata in totale $ 8 miliardi, di cui $ 531 milioni provenienti dagli Stati Uniti. Più di 8000 scienziati provenienti da 60 paesi diversi collaborano ai suoi esperimenti. L'acceleratore ha acceso per la prima volta i suoi raggi il 10 settembre 2008, facendo scontrare particelle con solo un decimilionesimo della sua intensità di progetto originale.
Prima che iniziassero le operazioni, alcuni temevano che il nuovo demolitore di atomi avrebbe distrutto la Terra, forse creando un buco nero che consumava tutto. Ma qualsiasi fisico rispettabile affermerebbe che tali preoccupazioni sono infondate.
"L'LHC è sicuro e ogni suggerimento che potrebbe presentare un rischio è pura finzione", ha dichiarato il direttore generale del CERN Robert Aymar in passato a LiveScience.
Questo non vuol dire che la struttura non potrebbe essere potenzialmente dannosa se utilizzata in modo improprio. Se dovessi infilare la mano nel raggio, che focalizza l'energia di una portaerei in movimento fino a una larghezza inferiore a un millimetro, farebbe un buco proprio attraverso di essa e quindi le radiazioni nel tunnel ti ucciderebbero.
Ricerca rivoluzionaria
Negli ultimi 10 anni, LHC ha fracassato gli atomi per i suoi due esperimenti principali, ATLAS e CMS, che operano e analizzano i loro dati separatamente. Questo per garantire che nessuna collaborazione influenzi l'altra e che ciascuna fornisca un controllo sull'esperimento gemello. Gli strumenti hanno generato oltre 2.000 articoli scientifici su molte aree della fisica delle particelle fondamentali.
Il 4 luglio 2012, il mondo scientifico ha osservato con fiato sospeso mentre i ricercatori dell'LHC annunciavano la scoperta del bosone di Higgs, l'ultimo pezzo del puzzle in una teoria vecchia di cinque decenni chiamata Modello Standard della fisica. Il modello standard cerca di tenere conto di tutte le particelle e forze note (tranne la gravità) e le loro interazioni. Nel 1964, il fisico britannico Peter Higgs scrisse un articolo sulla particella che ora porta il suo nome, spiegando come sorge la massa nell'universo.
L'Higgs è in realtà un campo che permea tutto lo spazio e trascina su ogni particella che lo attraversa. Alcune particelle si trascinano più lentamente attraverso il campo, e questo corrisponde alla loro massa maggiore. Il bosone di Higgs è una manifestazione di questo campo, che i fisici hanno inseguito per mezzo secolo. L'LHC fu esplicitamente costruito per catturare finalmente questa cava sfuggente. Alla fine scoprendo che gli Higgs avevano 125 volte la massa di un protone, sia Peter Higgs che il fisico teorico belga Francois Englert hanno ricevuto il premio Nobel nel 2013 per averne predetto l'esistenza.
Anche con l'Higgs in mano, i fisici non possono riposare perché il Modello Standard ha ancora dei buchi. Per uno, non si occupa della gravità, che è per lo più coperta dalle teorie della relatività di Einstein. Inoltre non spiega perché l'universo sia fatto di materia e non di antimateria, che avrebbe dovuto essere creato in quantità approssimativamente uguali all'inizio dei tempi. Ed è completamente silenzioso sulla materia oscura e sull'energia oscura, che non è stata ancora scoperta al momento della sua creazione.
Prima dell'accensione dell'LHC, molti ricercatori avrebbero affermato che la prossima grande teoria è quella nota come supersimmetria, che aggiunge partner gemelli simili ma molto più massicci a tutte le particelle conosciute. Uno o più di questi partner pesanti avrebbero potuto essere un candidato perfetto per le particelle che compongono la materia oscura. E la supersimmetria inizia ad avere un controllo sulla gravità, spiegando perché è molto più debole delle altre tre forze fondamentali. Prima della scoperta di Higgs, alcuni scienziati speravano che il bosone finisse per essere leggermente diverso da quello previsto dal Modello Standard, suggerendo una nuova fisica.
Ma quando Higgs si presentò, era incredibilmente normale, esattamente nella gamma di massa in cui il Modello Standard diceva che sarebbe stato. Anche se questo è un grande risultato per il Modello standard, ha lasciato i fisici senza alcun buon vantaggio per andare avanti. Alcuni hanno iniziato a parlare dei decenni perduti inseguendo teorie che suonavano bene sulla carta ma sembrano non corrispondere alle osservazioni reali. Molti sperano che le prossime sessioni di acquisizione dati dell'LHC aiuteranno a chiarire alcuni di questi problemi.
L'LHC si è spento a dicembre 2018 per passare due anni di aggiornamenti e riparazioni. Quando tornerà online, sarà in grado di distruggere gli atomi con un leggero aumento di energia, ma raddoppiando il numero di collisioni al secondo. Ciò che troverà allora è l'ipotesi di chiunque. Si parla già di un acceleratore di particelle ancora più potente per sostituirlo, situato nella stessa area ma quattro volte più grande della LHC. L'enorme sostituzione potrebbe richiedere 20 anni e 27 miliardi di dollari per essere costruita.
