L’LHC Alice per la ricerca e lo studio del big bang primordiale

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ALICE nel paese delle meraviglie del big bang. Alcuni milionesimi di secondo dopo il big bang, l’intero universo era colmo di un plasma composto da quark e gluoni, costituenti fondamentali della materia e della forza nucleare.

Il collisore Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra è il più grande acceleratore di particelle mai realizzato, capace di accelerare protoni e ioni pesanti fino a energie ultra-relativistiche. Grazie alle collisioni di ioni pesanti come nuclei di piombo, LHC è in grado di riprodurre in laboratorio un “little bang”, ossia condizioni di altissima temperatura (trilioni di gradi Celsius) e densità, simili a quelle che diedero origine al plasma primordiale di quark e gluoni.

Il rivelatore ALICE (A Large Ion Collider Experiment) di LHC riesce a identificare le decine di migliaia di particelle che originano dal decadimento della bolla (fireball) di plasma nucleare creato a ogni collisione. Queste misure forniscono un’enorme quantità di informazioni (diversi petabyte di dati ogni anno), che rivelano dettagli che vanno dal funzionamento dell’universo primordiale alle caratteristiche della forza nucleare forte, dal meccanismo di produzione degli adroni fino allo studio delle stelle di neutroni.

In pratica, l’esperimento ALICE è come un “telescopio” sotterraneo puntato su un big bang ricreato in laboratorio da quella straordinaria “macchina del tempo” che è l’acceleratore LHC del CERN.

Nei prossimi tre anni di attività LHC opererà con un ulteriore innalzamento sia di energia che di frequenza delle collisioni. La ripartenza è prevista per febbraio 2022 ma già a ottobre di quest’anno ci saranno prime collisioni di test.

Oltre a LHC, anche gli apparati sperimentali sono stati potenziati. In particolare, in ALICE i due principali rivelatori traccianti sono stati sostituiti o modificati anche con il contributo determinante dell’Italia. L’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN) ha svolto un ruolo essenziale in questo programma realizzando una parte consistente del tracciatore interno (quello più vicino al punto di collisione) che si caratterizza per un’innovativa tecnologia di sensori a pixel di silicio di enorme risoluzione (12.500 megapixel in totale) e flessibilità, in grado di scattare fino a 50.000 fotogrammi al secondo. Questa tecnologia ha anche importanti risvolti pratici: può essere sfruttata per un vasto campo di applicazioni (con particolare riguardo alla medicina nucleare in campo oncologico).

Federico Ronchetti è fisico nucleare al CERN, ALICE Run Coordinator

(Credit video, cortesia ALICE Experiment/CERN)

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