LA VISITA AL CERN E
ALL’OSSERVATORIO DI SAINT LUC
di Alessandro Dimai
L’idea di organizzare questo viaggio è nata durante l’ultima eclisse totale di Sole in Egitto. Nel gruppo che ha partecipato a quel viaggio c’era anche Giuseppe Lopresti, laureato in Scienze Informatiche all’Università di Palermo e ricercatore presso il C.E.R.N. di Ginevra. La sua conoscenza da parte nostra risaliva però alla fine dello scorso decennio quando, ancora studente, partecipò con il padre ad un altro viaggio per osservare un’altra eclisse di Sole, quella in Austria dell’11 agosto 1999.
Saputo del suo impiego al CERN di Ginevra non abbiamo resistito alla tentazione di chiedergli se per lui era possibile organizzare una gita ai laboratori ginevrini per i soci dell’AAC. Con grande stupore ci disse che proprio lui ci avrebbe accompagnato nella visita in quanto, uno dei suoi compiti, era proprio quello di fare da “cicerone” all’interno della struttura.
E così eccoci qui, in viaggio per Ginevra e la Svizzera. Il gruppo, assai numeroso, si è costituito strada facendo: da Cortina fino a Padova, passando per il Cadore e Belluno, ci siamo infine ritrovati tutti assieme in autobus a chiacchierare di stelle, di viaggi e di “bosoni”. Il tempo del tragitto verso Ginevra è trascorso velocemente, nonostante la strada fosse lunga. Giunti al CERN, Giuseppe ci ha accolti assieme all’amico-collega Marco e subito, divisi in due gruppi, ci siamo “inabissati” cento metri sotto terra, dove è subito iniziato il tour dei laboratori sotterranei.
Il gruppo al CERN di Ginevra; al centro
accovacciato la nostra guida, Giuseppe Lopresti.
IL CERN
Il CERN, European Organization for Nuclear Research, (storicamente il nome è l'acronimo di Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), è il più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle. Si trova al confine tra Svizzera e Francia alla periferia ovest della città di Ginevra. Qui i fisici cercano di esplorare i segreti della materia e le forze che regolano l'universo. La convenzione che istituiva il CERN fu firmata il 29 settembre 1954 da 12 stati membri. Oggi fanno parte del CERN 20 stati più alcuni osservatori extraeuropei.
Il CERN esiste soprattutto per fornire ai ricercatori gli strumenti necessari, attraverso complessi esperimenti, per la ricerca nel campo della fisica delle alte energie. Questi strumenti sono principalmente gli acceleratori di particelle, che portano queste ad energie molto elevate e i rivelatori che permettono di scoprire nuovi tipi di particelle che si creano durante le collisioni.
Dopo la seconda guerra mondiale si sentì il bisogno di fondare un centro europeo all'avanguardia nella ricerca, per ridare all'Europa il primato nella fisica, dato che in quegli anni i principali centri si trovavano tutti negli Stati Uniti. A questo scopo venne riunito un consiglio di scienziati, che decise in seguito di costruire il laboratorio ginevrino.
C'è un po' di confusione a proposito del vero significato della prima lettera dell'acronimo, tanto che informalmente viene modificato in Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (Centro Europeo per la Ricerca Nucleare). Tuttavia la ragione sociale del CERN è da molti anni European Organization for Nuclear Research.
Il complesso delle macchine del CERN comprende sei acceleratori principali:
· due acceleratori lineari che generano particelle a basse energie, che successivamente vengono immesse nel PS Booster. Uno fornisce protoni, l'altro ioni pesanti. Sono noti come Linac2 e Linac3, rispettivamente;
· il PS Booster, che aumenta l'energia delle particelle generate dagli acceleratori lineari prima di iniettarle negli acceleratori successivi;
· il Proton Synchroton da 28 GeV (PS), costruito nel 1959;
· il Super Proton Synchrotron (SPS), un acceleratore circolare di 2 km di diametro, costruito in un tunnel, che iniziò a funzionare nel 1976. Originariamente aveva un'energia di 300 GeV, ma è stato potenziato più volte. Oltre ad avere un proprio fascio per esperimenti a bersaglio fisso, ha funzionato come collisionatore protone-antiprotone e per accelerare elettroni e positroni, che venivano poi iniettati nel Large Electron Positron (LEP) collider;
· Isotope Separator On-line (ISOLDE), che è usato per studiare nuclei instabili di isotopi molto pesanti
Successi scientifici
Alcuni importanti successi nel campo della fisica delle particelle sono stati possibili grazie agli esperimenti del CERN. Per esempio:
· La scoperta della corrente neutra nel 1973 nella camera a bolle Gargamelle.
· La scoperta dei bosoni W e Z0 nel 1983 negli esperimenti UA1 e UA2.
· Nel 1983 il premio Nobel per la fisica fu assegnato a Carlo Rubbia e Simon van der Meer per questa scoperta.
· Nel 1992 il premio Nobel per la fisica fu assegnato a Georges Charpak "per l'invenzione e lo sviluppo dei rivelatori di particelle, in particolare della camera proporzionale multifilo".
LEP
Il Large Electron Positron (LEP) collider è stato il progetto principale al Cern dal 1989 al 2000. Questa macchina è stata in grado di accelerare elettroni e positroni a velocità prossime a quelle della luce. L’acceleratore è stato costruito in un tunnel sotterraneo di 27 Km ed è composto da magneti che sono posti lungo tutto il tunnel. Lo scopo di questo progetto è stato osservare cosa succede quando si scontrano elettroni e positroni. Fino alla fine del 1995, l’obbiettivo del LEP è stato studiare la particella Z0 (LEP1): dal 1995 in poi l'energia è stata gradualmente aumentata per studiare la produzione di coppie di W+W- e per portare avanti la ricerca della particella di Higgs e di nuovi fenomeni al di là del metodo standard. Ci sono infatti forti ragioni teoriche per aspettarsi che tutta una nuova fisica si debba aprire ad energie non troppo più alte della massa dell'Higgs. Il bosone Higgs, se esiste, è la causa dell’esistenza della materia. I risultati principali di LEP sono stati:
· Dimostrare che esistono solo 3 tipi di neutrini
· Verificare che il bosone Higgs può esistere veramente
· Uno studio approfondito sul bosone Z0 responsabile dell’interazione debole
· Misurare la massa del bosone W
Il LEP ha lavorato grazie a dei grossi detector, il principale è il detector Delphi, rivestito di particolari tegole con dei sensori che rilevano l’ampiezza del cono causato dall’effetto Cherenkov, quando cioè una particella che attraversa uno spazio denso lascia una traccia a forma di cono, la cui ampiezza dipende dall’energia della particella stessa. Questi sensori costituiti da magneti rilevano solo particelle cariche, anche per questo non sono stati ancora individuati i neutrini.
L'enorme rivelatore del progetto LEP e la
camera proporzionale multifilo che riprendeva gli scontri tra particelle.
LHC, l'acceleratore del futuro
Gran parte del lavoro che viene svolto oggi al CERN è finalizzato alla costruzione del Large Hadron Collider (Grande collisionatore di adroni) e alla preparazione degli esperimenti collegati. Il progetto dovrebbe essere completato e operativo nel 2007. L'acceleratore viene costruito all'interno dello stesso tunnel circolare di 27 km di lunghezza in precedenza utilizzato dal LEP (Large Electron Positron collider), che ha smesso di funzionare nel novembre 2000.Il complesso di acceleratori PS/SPS verrà utilizzato per pre-accelerare i protoni che in seguito verranno immessi nell'LHC. Il tunnel si trova a 100 m di profondità in media, in una regione compresa tra l'aeroporto di Ginevra e i monti Giura. Cinque diversi esperimenti: CMS, ATLAS, ALICE, LHCb e TOTEM, sono in fase di elaborazione, ognuno di essi studierà le collisioni tra particelle con metodi diversi e facendo uso di tecnologie differenti.
Al momento della collisione, l'energia raggiunta all'interno dell'LHC sarà di 7 TeV. L'acceleratore necessiterà di un fortissimo campo magnetico per mantenere il fascio nella traiettoria dei 27 km; sarà utilizzata la tecnologia dei superconduttori. La progettazione dell'LHC è un lavoro che richiede una precisione straordinaria, basti pensare ad esempio che è necessario tenere conto dell'influenza della forza di attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna sulla crosta terrestre.
L’Osservatorio astronomico di St. Luc
Terminata la visita del CERN, tutti di nuovo in autobus: destinazione l’albergo Prealpina, vicino Losanna, dove ci aspettava una rigenerante doccia e, soprattutto, una succulenta cena rinvigorente. Domenica 24 sveglia di buon’ora, colazione abbondante, come di consuetudine qui in Svizzera e via, nuovamente tutti in autobus verso Saint Luc, grazioso paesino del Vallese ai piedi del maestoso Weisshorn, la terza montagna della Svizzera. Qui sorge l'Osservatorio François-Xavier Bagnoud. Purtroppo la strada per arrivarci non è tra le più comode per un autobus, anche se l’autista, bravissimo, ha saputo destreggiarsi con maestria, conducendo senza particolari problemi il suo “bestione” di 12 metri lungo i tornanti che si inerpicavano dalla Valle del Rodano su fino a Saint Luc. Un sospiro di sollievo è uscito spontaneo all’arrivo: la visione dei precipizi ad ogni sterzata dell’autobus ci aveva infatti tenuti con il fiato sospeso per tutta la salita. Per raggiungere l’osservatorio, da Saint Luc si utilizza una moderna cremagliera che porta fino al Rifugio Tignousa, a 2200 metri di altitudine. Situato in un luogo conosciuto per la purezza dell'aria e la tranquillità dei pascoli alpini, l'osservatorio è aperto sia ai semplici curiosi, che alle scuole o agli appassionati che desiderano compiere lavori di qualità semi-professionale. Frederic, la nostra guida, ci ha accolti con grande cortesia e ci ha subito fatto accomodare in una saletta dalla quale si poteva osservare il Sole in proiezione di un eliografo sovrastante. Complice una giornata inaspettatamente bella (stando alle previsioni doveva nevicare) abbiamo potuto ammirare il disco del Sole in luce bianca, con due piccole macchie e, addirittura, lo spettro solare con le caratteristiche righe in emissione ed assorbimento.
Foto di gruppo all'Osservatorio di St. Luc
L’osservatorio ospita anche un telescopio di 60 cm di diametro equipaggiato con macchina fotografica digitale e fotometro, un apparecchio che permette di misurare con grande precisione lo splendore delle stelle.
Con questo strumento, il 26 agosto 2006, è stato scoperto un pianeta extrasolare che, transitando davanti alla sua stella, ne ha occultato per breve tempo lo splendore.
Molto emozionante anche la visione del Sole attraverso un filtro Ha “Coronado” applicato ad un telescopio rifrattore situato sulla terrazza dell’osservatorio. Le protuberanze sul bordo ricordavano quelle viste alcuni mesi prima durante l’eclisse totale in Egitto.
A poca distanza dall’osservatorio, lungo la via d’accesso, sono riprodotti in scala i pianeti del Sistema Solare. La “Via dei Pianeti” incomincia sotto l'Osservatorio Astronomico e si sviluppa tra i 2200 e 2500 metri di altitudine, di fronte ai prestigiosi "4000" delle Alpi del Vallese. Esso propone su 6 km la visita dei 9 pianeti del Sistema Solare (qui Plutone è ancora considerato un pianeta). Sono state scelte due scale: 1 m per 1 milione di km per le distanze e 1 cm per 1000 km per il diametro dei pianeti.
Giove, sulla "strada dei pianeti"
Gli amanti della natura possono accedervi a piedi dopo St-Luc o Chandolin durante tutto l'anno. Purtroppo il tempo a disposizione non era molto, la cremagliera ci attendeva per il ritorno a Saint Luc, così la maggior parte di noi, una volta visitato Marte (situato alla considerevole distanza di 220 metri dal Sole...), ha preferito ritornare indietro, non tanto per il timore di affrontare gli spazi siderali, ma più semplicemente per il richiamo delle salsicce e della polenta che attendevano al rifugio. Soltanto alcuni temerari hanno osato spingersi fino a Giove, posto alla ragguardevole distanza di 750 metri dal Sole, orbitandogli attorno per un po’ e scattando alcune istantanee; poi anche per loro il ritorno al rifugio e il meritato premio di un piatto tipico con formaggio svizzero.
Alla fine tutti nuovamente in autobus per il lungo viaggio di ritorno verso Cortina. Stanchi ma felici per queste due bellissime giornate trascorse assieme, ci siamo dati appuntamento per il prossimo viaggio: destinazione Mongolia (o Siberia), per ammirare il grande show dell’eclisse totale di Sole del 1° agosto 2008.