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  • S’Cool Lab al Cern

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    I nostri studenti hanno partecipato allo S’Cool Lab al Cern di Ginevra il 18 ottobre 2017.

    Ecco il loro articolo sull’esperienza e un piccolo reportage fotografico:

    Dalle 03 alle 23: 20 ore di fisica delle particelle

    Eravamo 34 orgogliosi studenti di liceo alle 3 del mattino di fronte a scuola, il 18 Ottobre. Per quale motivo? Per la fisica. Potrà sembrare assurdo ma è così: ci è stata data l’emozionante possibilità di passare una giornata intera al CERN di Ginevra, un centro di ricerca di importanza mondiale, accompagnati dalle professoresse Plano e Battistella.

    I segreti del CERN

    Dopo un viaggio interminabile siamo finalmente arrivati al tanto atteso CERN, dove siamo subito stati accolti nel laboratorio a noi dedicato, lo S’Cool LAB. La visita nel magico mondo della fisica è iniziata subito dopo: Per prima cosa abbiamo visitato il sito storico sperimentale, dov’è custodito il primo acceleratore di particelle del CERN: il sincrociclotrone (SC). Questo apparecchio accelera le particelle grazie a un campo elettromagnetico, in cui il campo magnetico è costante, mentre quello elettrico è periodico, con frequenza variabile; in questo modo, ogni particella descrive una traiettoria a spirale fino a scontrarsi con le pareti del ciclotrone. Dopo una lunghissima e meritevole carriera l’SC è ormai inutilizzato, ma quando fu costruito era uno dei più potenti acceleratori di particelle al mondo: nel 1957, anno della sua inaugurazione, un apparecchio di quel tipo era una rarità e ben pochi scienziati ebbero l’onore di lavorarci. Tra questi, due italiani: Maria e Giuseppe Fidecaro; i coniugi parteciparono a importantissimi esperimenti scientifici, come quello che portò la scoperta di come decadono alcune particelle, i pioni. Ci è stato detto che i due scienziati, animati tuttora dalla passione per la fisica, nonostante l’anziana età tornano ancora ogni giorno a lavorare al centro di ricerca: possiamo confermarlo personalmente, avendoli visti chiacchierare allegramente nella mensa del CERN sotto i nostri sguardi increduli ed emozionati.

    Dopo la visita al Sincrociclotrone è stata la volta di ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS). ATLAS è uno dei più grandi e importanti rivelatori di particelle del mondo. È utilizzato per registrare le particelle generate dalle collisioni tra i protoni accelerati da LHC (Large Hadron Collider), ovvero un acceleratore circolare con una circonferenza di 27 km, posizionato a 100m sottoterra in territorio svizzero e francese. I protoni in LHC viaggiano in verso opposto in due condutture separate; lungo il percorso vi sono 4 punti di intersezione delle due condutture, in cui i protoni collidono. Attorno ad uno dei quattro punti di collisione è posizionato ATLAS, che consiste in un gigantesco cilindro lungo 46m e con un diametro di 25 m (e con una massa di 7000 tonnellate, circa quella della Tourre Eiffel!), posto attorno al tratto di tubo in cui avvengono le collisioni. ATLAS è composto da una serie di strati concentrici attorno al tubo in cui avvengono le collisioni: ogni strato è adibito all’osservazione di una determinata particella ed è in grado di rivelarne la cosiddetta “firma”, cioè la traccia. Sono presenti dei rivelatori anche lungo le “basi” del cilindro, perché non sfugga nessuna particella. Durante la visita l’acceleratore era in funzione, quindi non è stato possibile visitarlo direttamente a causa delle altissime energie delle particelle, che possono essere molto dannose per la salute. Abbiamo visitato però il centro di controllo di ATLAS, posto in superficie subito al di sopra del rivelatore, dove viene monitorata costantemente l’energia delle particelle per evitare danni all’acceleratore. Inoltre al centro di controllo viene processata l’enorme mole di dati raccolti dalle collisioni; moltissime “fotografie” al secondo sono prima selezionate da un computer, e successivamente quelle interessanti vengono poi studiate da fisici in carne ed ossa. I dati raccolti da ATLAS e dagli altri rivelatori partono infatti da Ginevra e fanno poi il giro del mondo, raggiungendo altri centri di ricerca specializzati: i dati raggiungono anche l’Italia dove vengono studiati nella città di Bologna. Siccome si tratta di un’infinità di informazioni, sta nell’abilità dei fisici studiare e identificare i vari risultati. Una possibile scoperta si può ottenere quando in un grafico si verifica un picco, ovvero delle interazioni che avvengono tutte ad una certa energia. Con questo metodo delle segnature dei picchi, nel 2012 sono stati scoperti i cosiddetti “Higgs bosons” (o bosoni di Higgs).

    Un inno alla ricerca

    Al termine della mattinata siamo stati invece portati a visitare le esposizioni permanenti del CERN: il Globo della Scienza e dell’Innovazione (visto solo dall’esterno) e il Microcosmo.  Il Globo della Scienza e dell’Innovazione è un edificio in legno dall’aspetto poco convenzionale collocato a Ginevra nel 2004, come dono da parte della Confederazione elvetica al CERN in occasione del suo 50° anniversario. Si tratta di un omaggio alla Terra e al genio dell’Uomo e ospita una mostra scientifica permanente di grande importanza. Fuori da questo edificio si trova invece un monumento che ci ha immediatamente affascinati: si tratta di un enorme nastro in metallo sul quale sono riportate le principali scoperte scientifiche e matematiche dai primi secoli a.C. fino ai giorni nostri, scritto in tutte le lingue. Subito i “classicisti” si sono dedicati al greco, gli “scientifici” al lessico tecnico matematico, i “linguisti” a ogni altra lingua: decisamente si è percepita l’idea che, come si suol dire, ce n’è per tutti i gusti. Al “Microcosmo”, invece, è riservata una mostra che, attraverso un video e a diverse installazioni interattive, ci ha permesso di comprendere i misteri dell’universo, dall’infinitamente grande all’infinitamente piccolo, grazie alla spiegazione del funzionamento degli enormi apparati sperimentali utilizzati per la ricerca al CERN. Proprio a seguito di queste spiegazioni la nostra guida ci ha fatto notare quanto sia fondamentale che i fondi destinati alla ricerca scientifica non vengano mai tagliati, perché ciò significherebbe una limitazione delle possibilità future: un aumento della conoscenza permette infatti un aumento del benessere di tutte le persone… e consideriamo che il 95% dell’universo è ancora sconosciuto all’uomo!

    Il nostro turno

    Al termine della mattinata, scoperti i primi segreti del CERN, è stato il momento di mettersi alla prova attivamente: nel laboratorio S’Cool LAB ci sono stati dati strumenti e istruzioni, e piena libertà di azione.

    Durante i laboratori ci siamo divisi in tre gruppi principali, ognuno dei quali lavorava ad un particolare esperimento. Il primo di questi, chiamato “Ion trap”, consisteva nell’intrappolare delle spore aventi una carica elettrica positiva all’interno di un quadripolo elettrico a corrente alternata. Prima di fare ciò, abbiamo dovuto montare il circuito elettrico che ci ha permesso di svolgere l’esperimento. Esso era composto da un generatore, un trasformatore e una resistenza (il quadripolo elettrico) . Quindi, abbiamo dovuto prevedere il percorso che avrebbero seguito le spore all’interno del quadripolo.

    Tuttavia, la forza di gravità terrestre e la repulsione fra le varie spore, dovuta al fatto che queste avevano la stessa carica, hanno fatto in modo che si vedesse solo la parte inferiore del percorso previsto, composta non da un’unica scia, ma da più scie parallele.

    Il secondo esperimento, chiamato “electron tube”, riguardava la deduzione empirica di alcune proprietà di un fascio di elettroni emesso da un tubo catodico. Per esempio, abbiamo potuto constatare che il colore del fascio non dipendeva dall’intensità di corrente che stabilivamo arbitrariamente tramite il generatore, ma solo dal gas presente nel tubo. Ciò che invece era intimamente legato alla corrente, era l’intensità del fascio, poiché una corrente più elevata corrispondeva ad un numero maggiore di elettroni che passavano per il catodo. Inoltre, abbiamo potuto dimostrare che il fascio veniva deflesso da una calamita e, quindi, da un campo magnetico: la forza agente sugli elettroni era la forza di Lorentz, il cui verso era deducibile mediante la regola della mano destra.

    Nel terzo e ultimo esperimento, chiamato “cloud chamber”, dovevamo costruire una camera a nebbia, dispositivo funzionale alla visualizzazione delle tracce delle traiettorie dei raggi cosmici. La camera che dovevamo costruire era composta da una struttura esterna in polistirolo, all’interno della quale abbiamo inserito del ghiaccio secco, ovvero anidride carbonica solida ad una temperatura di –80°C. Sopra questo, abbiamo posizionato una piastra metallica e abbiamo sigillato il tutto mediante un coperchio di plastica trasparente. Alla sommità inferiore del coperchio era attaccato un panno di feltro, che abbiamo imbevuto di alcool isopropilico. In questo modo, l’alcool, a causa del raffreddamento dovuto alla piastra a contatto col ghiaccio, condensava, formando una nebbiolina all’interno della quale era possibile vedere le tracce delle particelle. Quindi, ci siamo sbizzarriti a contare le particelle che vedevamo in un minuto e a notare le differenze fra una traccia e l’altra. Alla fine, abbiamo svolto un brainstorming in cui ci siamo confrontati sui dati raccolti e la relatrice ci ha spiegato a quali particelle corrispondevano le tracce: se spesse e brevi erano determinate dalle particelle α,  quando si presentavano rettilinee e molto sottili rivelavano positroni o elettroni, che potevano collidere fra loro, mostrando delle variazioni nella traiettoria mentre, se rettilinee e marcate, si trattavano di muoni.

    Alle 18.00 è terminata la nostra giornata nel centro ginevrino: finite tutte le scorte di caffè disponibili, è arrivato il momento di tornare a casa. Sul pullman ci è stato possibile ripensare alla giornata trascorsa: ciò che più di ogni altra cosa ha rappresentato una novità è stato l’approcio alla scienza. La parola d’ordine nei nostri esperimenti era curiosità, tutto era volto a stimolarla; le guide che ci seguivano non aspettavano altro che le nostre domande, per spiegarci il funzionamento di un macchinario o le leggi per cui potevamo vedere un certo fenomeno. Ancor di più durante gli esperimenti eravamo indotti a cercare di capire da soli cosa stesse accadendo e perchè: ci si chiedeva di fare ipotesi, prevedere i comportamenti delle nostre particelle, verificare il tutto e spiegarne i motivi. Ciò che ci è stato proposto rispecchia pienamente la mentalità che vige all’interno di tutto il CERN: come affermò Maria Fidecaro in un’intervista, “ci sarà sempre la scienza, ci sarà sempre un altro CERN in futuro: perchè gli uomini avranno sempre curiosità e desiderio di conoscere”.

    • Marco Zanirato
    • Federico La Rocca
    • Giada Mastromatteo
    • Giulia Stevan
    • Giulia Lavizzari

    Di seguito alcune foto:

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