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CERN
L’Organizzazione europea per la ricerca nucleare (in inglese European Organization for Nuclear Research, in francese Conseil européen pour la recherche nucléaire), comunemente conosciuta con la sigla CERN, 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 nel comune di Meyrin. La convenzione che istituiva il CERN fu firmata il 29 settembre 1954 da 12 stati membri. Oggi ne fanno parte 21 stati membri più alcuni osservatori, compresi stati extraeuropei.
Lo scopo principale del CERN è quello di fornire ai ricercatori gli strumenti necessari per la ricerca in fisica delle alte energie. Questi sono principalmente gli acceleratori di particelle, che portano nuclei atomici e particelle subnucleari ad energie molto elevate, e i rivelatori che permettono di osservare i prodotti delle collisioni tra fasci di queste particelle. Ad energie sufficientemente elevate, nelle collisioni vengono prodotte tantissime particelle diverse, in alcuni casi sono state scoperte in questa maniera particelle fino a quel momento ignote.
Storia
Dopo la seconda guerra mondiale si sentì il bisogno di fondare un centro europeo all’avanguardia per la ricerca al fine di ridare all’Europa il primato nella fisica, dato che in quegli anni i principali centri di ricerca si trovavano negli Stati Uniti. A tale scopo nel 1952 undici Paesi europei riunirono un consiglio di scienziati con il compito di tradurre in realtà quel desiderio. Il consiglio venne denominato Consiglio europeo per la ricerca nucleare (in francese Conseil européen pour la recherche nucléaire) da cui la sigla CERN. Nel 1954 prende vita il progetto del centro di ricerca europeo vagliato dal Consiglio europeo per la ricerca nucleare: nasce così l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare, che ne eredita la sigla.
Il fatto che la sigla CERN non derivi dal nome del centro di ricerca crea a volte confusione, tanto che tale nome viene informalmente modificato in Centro europeo per la ricerca nucleare (in francese Centre européen pour la recherche nucléaire) in modo da ristabilire corrispondenza tra la sigla e il nome del centro di ricerca.
Attualmente 21 paesi membri fanno parte del CERN.
Il complesso degli acceleratori
Il complesso degli acceleratori del CERN comprende 7 acceleratori principali, costruiti in vari periodi a partire dalla fondazione dell’istituto. Fin dal principio, è stato previsto che ogni nuova e più potente macchina avrebbe utilizzato le precedenti come “iniettori”, creando una catena di acceleratori che porta gradualmente un fascio di particelle ad energie sempre più elevate. Per consentire il funzionamento di questa catena, tutte le funzioni degli acceleratori sono coordinate da un unico segnale di riferimento, generato da un sistema di orologi atomici e distribuito per tutta l’installazione, con una precisione dell’ordine del nanosecondo.
Gli acceleratori principali a disposizione del CERN sono:
- Due LINAC, o acceleratori lineari, che generano particelle a bassa energia, successivamente immesse nel PS Booster. Sono noti come LINAC2 e LINAC3 e forniscono protoni da 50 MeV e ioni pesanti da 4.2 MeV per nucleone rispettivamente. Tutta la catena di acceleratori successiva dipende da queste sorgenti.
- Il Low Energy Ion Ring (LEIR), che accelera fasci di ioni di piombo fino a 72 MeV per nucleone, ha iniziato a lavorare nel 2010 nella catena di pre-accelerazione dell’LHC.
- Il PS Booster, costituito da 4 sincrotroni sovrapposti con un raggio di 25 m, aumenta l’energia delle particelle generate dai LINAC prima di iniettarle nel PS. Viene inoltre utilizzato per esperimenti separati, come ad esempio ISOLDE, che studia nuclei instabili di isotopi molto pesanti.
- Il Proton Synchrotron (PS), costruito nel 1959, un sincrotrone con una circonferenza di 628.3 m in grado di accelerare protoni fino a 28 GeV, oltre a tutta una serie di particelle accelerate per diversi esperimenti. In particolare riceve protoni dal Proton Synchrotron Booster e ioni di piombo dal Low Energy Ion Ring.
- 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 fino agli attuali 450 GeV per il protone. Oltre ad avere una propria linea di fascio rettilinea per esperimenti a bersaglio fisso, ha funzionato come collisore protone–antiprotone e come stadio finale di accelerazione per gli elettroni e i positroni da iniettare nel Large Electron Positron Collider (LEP). Ha ripreso questo ruolo per i protoni e gli ioni piombo immessi nell’LHC.
- Il Large Hadron Collider (LHC), entrato in funzione il 10 settembre 2008 dopo lo smantellamento di LEP. Si estende su una circonferenza di 27 chilometri ed è stato inizialmente progettato per accelerare protoni fino a un massimo di 7 TeV di energia; permettendo di studiare le particelle elementari in condizioni sperimentali paragonabili a quelle dei primi momenti di vita dell’Universo, subito dopo il Big Bang.
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