Gli esperimenti

Tra gli esperimenti più importanti portati avanti dal CERN ricordiamo:

- CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) è un esperimento, che ha iniziato ad operare dal 2009, e studia le relazioni tra raggi cosmici galattici e aerosol atmosferico in condizioni controllate.

- ISOLDE (Isotope Separator On Line DEvice) è un laboratorio in cui vengono prodotti nuclei atomici radioattivi di isotopi pesanti, inviando protoni ad alta energia su targhette fisse di differenti elementi chimici, per studiarne le proprietà atomiche e nucleari e i possibili decadimenti esotici.

- AD (Antiproton Decelerator) è un anello di accumulazione che viene utilizzato per rallentare gli antiprotoni, successivamente inviati agli esperimenti che studiano l'antimateria e in particolare l'anti-idrogeno.

- ALPHA è finalizzato allo studio delle simmetrie tra materia e antimateria sfruttando le caratteristiche spettrali dell’idrogeno. La prima riga spettrale di un atomo di anti-idrogeno è stata ottenuta nel 2016.

- LHCb ( "Large Hadron Collider beauty" ) esplora le lievi differenze tra materia e antimateria attraverso lo studio di un tipo di particella chiamata "beauty quark" o "b quark”. Invece di utilizzare un rivelatore chiuso nel punto di collisione, come quelli di ATLAS e CMS , l'esperimento LHCb utilizza diversi sottorivelatori progettati per osservare principalmente le particelle emesse "a piccoli angoli", verso la parte anteriore, nella direzione del trave. Il primo sottorilevatore è posizionato vicino al punto di collisione; gli altri si susseguono per una lunghezza di 20 metri. L'LHC produce un'ampia varietà di quark, che decadono rapidamente in altre particelle. Per intercettare b quark, la collaborazione LHCb ha sviluppato tracker mobili avanzati e li ha installati il più vicino possibile al percorso dei fasci nell’LHC. Il rivelatore LHCb, che pesa 5.600 tonnellate, è costituito da uno spettrometro a piccolo angolo e da rivelatori planari.

-ATLAS è uno dei due rivelatori generici del Large Hadron Collider (LHC). Indaga su un'ampia gamma di fisica, dalla ricerca del bosone di Higgs alle dimensioni extra e alle particelle che potrebbero costituire la materia oscura . Sebbene abbia gli stessi obiettivi scientifici dell'esperimento CMS , utilizza diverse soluzioni tecniche e un diverso design del sistema magnetico.

I fasci di particelle dell'LHC si scontrano al centro del rivelatore ATLAS creando detriti di collisione sotto forma di nuove particelle, che volano fuori dal punto di collisione in tutte le direzioni. Sei diversi sottosistemi di rilevamento disposti a strati attorno al punto di collisione registrano i percorsi, la quantità di moto e l'energia delle particelle, consentendo loro di essere identificate individualmente. Un enorme sistema di magneti piega i percorsi delle particelle cariche in modo da poterne misurare la quantità di moto.

Le interazioni nei rivelatori ATLAS creano un enorme flusso di dati. Per digerire i dati, ATLAS utilizza un avanzato sistema di "trigger" per indicare al rilevatore quali eventi registrare e quali ignorare. Vengono quindi utilizzati complessi sistemi informatici e di acquisizione dati per analizzare gli eventi di collisione registrati. Con 46 m di lunghezza, 25 m di altezza e 25 m di larghezza, il rivelatore ATLAS da 7000 tonnellate è il rivelatore di particelle di volume più grande mai costruito. Si trova in una caverna a 100 m sotto terra vicino al sito principale del CERN, vicino al villaggio di Meyrin in Svizzera.

ATLAS

-ALICE ( A Large Ion Collider Experiment ) è un rivelatore dedicato alla fisica degli ioni pesanti al Large Hadron Collider (LHC). È progettato per studiare la fisica della materia fortemente interagente a densità di energia estreme, dove si forma una fase della materia chiamata plasma di quark-gluoni .

Tutta la materia ordinaria nell'universo di oggi è composta da atomi. Ogni atomo contiene un nucleo composto da protoni e neutroni (tranne l'idrogeno, che non ha neutroni), circondato da una nuvola di elettroni. Protoni e neutroni sono a loro volta costituiti da quark legati tra loro da altre particelle chiamate gluoni. Nessun quark è mai stato osservato in isolamento: i quark, così come i gluoni, sembrano essere legati permanentemente insieme e confinati all'interno di particelle composite, come protoni e neutroni. Questo è noto come confinamento.

Le collisioni nell'LHC generano temperature oltre 100.000 volte più calde del centro del Sole. Per parte dell'anno l'LHC fornisce collisioni tra ioni di piombo, ricreando in laboratorio condizioni simili a quelle subito dopo il Big Bang . In queste condizioni estreme, protoni e neutroni "si sciolgono", liberando i quark dai loro legami con i gluoni. Questo è plasma di quark-gluoni. L'esistenza di tale fase e le sue proprietà sono questioni chiave nella teoria della cromodinamica quantistica (QCD), per comprendere il fenomeno del confinamento e per un problema di fisica chiamato ripristino della simmetria chirale. La collaborazione ALICE studia il plasma di quark-gluoni mentre si espande e si raffredda, osservando come dà origine progressivamente alle particelle che costituiscono la materia del nostro universo oggi.

La collaborazione ALICE utilizza il rivelatore ALICE da 10.000 tonnellate – 26 m di lunghezza, 16 m di altezza e 16 m di larghezza – per studiare il plasma di quark e gluoni. Il rivelatore si trova in una vasta caverna a 56 m sotto terra vicino al villaggio di St Genis-Pouilly in Francia, ricevendo i raggi dell'LHC.

ALICE