Come si cercano le particelle

Magari avete sentito le notizie di quest’estate che il CERN non ha poi trovato la particella che si pensava avessero trovato. E magari vi ha fatto realizzare che il processo con cui “si trovano le particelle” non è per niente chiaro. Fortunatamente Abstrusegoose (riposi in pace) qualche tempo fa fece una bellissima striscia, piuttosto illuminante su come funziona la fisica delle alte energie.

L'analogia funziona anche con le rane. O meglio, non funziona. Comunque, non provateci per favore! credit: abstrusegoose.com

Come dice abstrusegoose, gli ex fisici delle particelle sono i peggiori biologi. L’analogia funziona anche con le rane. O meglio, non funziona. Comunque non provateci per favore! credit: abstrusegoose.com

Anche se un po’ vago sui dettagli, il processo è più o meno quello*, solo che si usano protoni (o altre particelle) al posto delle rane. In breve: li si spara fortissimo uno contro l’altro e si vede cosa ne esce.

Protoni e rane, però, hanno alcune fondamentali differenze, e due in particolare sono cruciali per noi. Primo: un protone non è un oggetto solido, non ha nulla “dentro” (e non ha un “dentro”, se è per quello). Secondo, rimettendo insieme i pezzi delle rane, otterremo di nuovo le due rane. Nulla meno (se siamo molto bravi a raccogliere i pezzi), ma sicuramente nulla di più. Per le particelle è tutta un’altra storia.

Gli acceleratori come LHC spingono le particelle quasi alla velocità della luce. Siccome la massa può diventare energia e viceversa, l’inimmaginabile energia liberata quando le particelle si scontrano può produrre ogni sorta di cose nuove ed esotiche che non c’erano prima. E può avere molta più massa di quella con cui siamo partiti: più veloci sono i nostri protoni, più massa ha la roba che esce. Il bosone di Higgs, ad esempio, è stato scoperto scontrando coppie di protoni, ma ha 60 volte più massa. Sarebbe come se, scontrando due rane, uscisse qualcosa delle dimensioni di un bambino delle elementari.

Tuttavia, queste particelle formate nella collisione non si possono vedere direttamente, in parte perché restano lì davvero pochissimo. Mooolto meno di un miliardesimo di secondo dopo la collisione sono già decadute, sparando fotoni e particelle più piccole in ogni direzione.

Avete presente quelle belle immagini con tutte le linee colorate che pubblicano i laboratori di fisica delle particelle? Ecco, quelle linee sono la traiettoria di questi detriti sparati fuori.

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I prodotti di una collisione nell’esperimento ALICE del CERN. Credit: home.cern

Quella è la roba che i fisici studiano davvero. Ci sono rivelatori tutto intorno al punto della collisione per misurare e tracciare e contare quanto di quale tipo di ciarpame subatomico è uscito e dov’è andato. Sapendo come decadono varie particelle, gli scienziati setacciano i dati e risalgono a cosa è successo subito dopo la collisione.

Quando trovano troppo o troppo poco di qualcosa inizia il divertimento, perché potrebbe significare che si era formata una nuova particella sconosciuta. Perciò tutti si erano agitati per i dati del CERN lo scorso anno. Oppure potrebbe significare che i modelli che ci dicono cosa aspettarci dai decadimenti sono sbagliati, che comunque è interessante. Oppure potrebbe voler dire che si sono formate le solite particelle e, per caso, sono decadute più spesso in un modo piuttosto che in un altro. Questo è quello che è poi successo coi dati del CERN: quando hanno analizzato più collisioni, la media è tornata dove ci si aspettava. Niente nuova particella.

Per saperne di più
  • Sotto sotto, la massa è più complicata della quantità di materia in un oggetto. Magari ne scriverò. Per ora, andatevi a vedere questo bel video con Sean Carrol che esplora questi aspetti
  • Come si fa a vedere i prodotti della collisione: il CERN spiega come funzionano i suoi rivelatori

Foto copertina: LHC, CC-BY-NC-ND UCI UC Irvine via Flickr. Some rights reserved.

*Osservazione del fisico pedante: l’acceleratore di rane non è un collider e LHC non funziona proprio così. Ma va anche bene così: sta pur sempre usando delle rane!

Un po’ d’ordine sulla storia delle onde gravitazionali

Aggiornamento: la scoperta delle onde gravitazionali è stata confermata l’11 Febbraio in una affollatissima conferenza stampa. Per saperne di più: 4 cose fondamentali sulle onde gravitazionali. Questo invece era lo stato delle cose la settimana dell’annuncio:

Da qualche giorno gira di nuovo la voce che siano state osservate le onde gravitazionali. Siccome le notizie sono un po' confuse, cerchiamo di fare ordine: di cosa parliamo? quanto sicuri siamo?

La notizia è molto grossa: l’osservazione delle onde gravitazionali, microscopiche increspature nello spazio-tempo, create dall’accelerazione di oggetti. Al loro passaggio, lo spazio stesso si deforma impercettibilmente.

Non avendole mai osservate, sono l’ultima previsione della relatività generale che non abbiamo verificato. Finora. Forse.

Cosa sappiamo? Una fonte anonima ha diffuso su Twitter una mail in cui un ricercatore dice di aver sentito che l’esperimento LIGO starebbe per pubblicare risultati che confermano di aver trovato le onde gravitazionali. A Science pubblicano la notizia, sembrando piuttosto convinti.

Ma quanto sicuri siamo? Stando alla mail, a LIGO sono molto sicuri del risultato (tipo 99.99…% sicuri), e l’autore della mail è un credibile astrofisico di un importante istituto, quindi credibile. Ma dell’utente Twitter non sappiamo nulla.

Nella mail si dice che i risultati saranno pubblicati giovedì su Science, la stessa (importantissima) rivista che ha scritto di questa storia. Mi sorprenderebbe se non avessero controllato.

Bufala o epocale successo che sia, sarà una settimana interessante.

Aggiornamento: LIGO ha annunciato una conferenza stampa per Giovedì pomeriggio. La conferma sembra sempre più probabile.

Per saperne di più

 

Foto copertina: Newpapers B&W (3), CC-BY Jon S, via Flickr. Some rights reserved.