Che cos'è un acceleratore di particelle?
Un acceleratore di particelle, noto anche come smash atomico o collettore di particelle, è un dispositivo che accelera le particelle subatomiche ad alte velocità e le mantiene in fasci piccoli e coerenti. Gli acceleratori di particelle hanno molte applicazioni di uso comune e nella ricerca di fisica teorica e sperimentale. Il Large Hadron Collider, il più grande acceleratore di particelle esistente al momento della sua costruzione, è stato progettato per scontrarsi con le particelle nella speranza di spezzarle e scoprire la teorica particella di Higgs-Boson. Acceleratori molto più piccoli sono presenti sotto forma di tubi a raggi catodici in semplici televisori.
I tubi a raggi catodici e i generatori di raggi X, entrambi usati quotidianamente da molte persone, sono entrambi esempi di acceleratori di particelle a bassa energia. Un televisore a tubo a raggi catodici ha un tubo a vuoto contenente una o più pistole elettroniche e i mezzi per deviare il fascio di elettroni. Il raggio viene deviato secondo necessità su uno schermo fluorescente, da cui vengono emesse le immagini. I generatori di raggi X accelerano e si scontrano elevate quantità di raggi X con un bersaglio di metallo pesante; qualsiasi cosa tra il generatore e il metallo aumenterà lo schema dei raggi X che colpiscono il metallo. I professionisti medici lo usano per diagnosticare problemi all'interno del corpo umano.
Gli acceleratori di particelle ad alta potenza, come quelli in grado di innescare reazioni nucleari, sono generalmente utilizzati a scopi scientifici. Un acceleratore di particelle usato per gli esperimenti di fisica di solito accelera i flussi di particelle subatomiche in direzioni opposte a velocità vicine alla velocità della luce. Quindi manipolano e si scontrano con questi raggi; le particelle che compongono i raggi si frantumano e si rompono. I fisici usano speciali rivelatori per analizzare le particelle scomposte, alla ricerca di particelle ancora più piccole. Ogni nuova particella scoperta dai fisici fornisce un mondo di intuizioni sulla natura e la composizione di tutta la materia.
Molti collettori di particelle sperimentali, in particolare il Large Hadron Collider, hanno suscitato preoccupazione tra alcuni fisici circa il rischio rappresentato da tali dispositivi non solo per gli scienziati coinvolti ma per la Terra nel suo insieme. Alcune teorie matematiche mostrano la possibilità che un acceleratore di particelle ad alta potenza possa causare la formazione di buchi neri in miniatura. La maggior parte dei fisici, tuttavia, concorda sul fatto che questi micro buchi neri, se prodotti, presenterebbero una minaccia scarsa o nulla in quanto si disperderebbero in innocue radiazioni Hawking o crescerebbero troppo lentamente per presentare qualsiasi tipo di ragionevole pericolo.
Un acceleratore di particelle può sembrare ad alcuni uno strumento piuttosto primitivo, che ricorda i cavernicoli che colpiscono le pietre insieme per scoprire cosa esiste al suo interno. Le conoscenze scientifiche acquisite da tali dispositivi, tuttavia, sono immense e probabilmente continueranno ad esserlo man mano che gli acceleratori di particelle diventano sempre più potenti. L'elettrone, ad esempio, è stato scoperto attraverso l'uso di un tubo a raggi catodici. Alcuni teorizzano che la particella di Higgs-Boson, se scoperta, potrebbe fornire la chiave per una comprensione molto maggiore del mondo fisico nel suo insieme.