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Che cosa realmente accade durante
una collisione nel LHC ?
Il Large Hadron Collider è sicuramente grande. Con una circonferenza di 17 miglia, è il più grande collider sul pianeta. Ma quest’ultima frazione del suo nome è un po ‘fuorviante. Questo perché ciò che collide nel LHC sono i minuscoli pezzi degli adroni, non gli adroni stessi.
Gli adroni sono particelle composite costituite da quark e gluoni. I gluoni portano la forza forte, che permette ai quark di stare insieme e li legano in una singola particella. Il principale foraggio per LHC sono gli adroni chiamati protoni. I protoni sono costituiti da tre quark e un numero indefinito di gluoni. (I Protoni a sua volta costituiscono gli atomi, che sono i blocchi di tutto ciò che ci circonda.)
Se un protone venisse allargato alle dimensioni di un pallone cesto di pallacanestro, sembrerebbe vuoto. Proprio come gli atomi, i protoni sono per lo più spazio vuoto. I singoli quark e gluoni all’interno sono noti per essere estremamente piccoli, meno di 1 / 10.000 la dimensione dell’intero protone.
“L’interno di un protone sarebbe come l’atmosfera attorno a voi”, dice Richard Ruiz, un teorico dell’Università di Durham. “È una miscela di spazio vuoto e particelle microscopiche che non hanno alcun volume fisico.
“Ma se metti quelle particelle all’interno di un palloncino, vedrai che il palloncino si espande. Anche se le particelle interne sono microscopiche, interagiscono tra loro e esercitano una forza sul loro ambiente, producendo inevitabilmente qualcosa che ha un volume osservabile “
Quindi, come si scontrano due oggetti che sono effettivamente spazio vuoto? Non possono. Ma fortunatamente non c’è bisogno di una collisione classica per scatenare un potenziale pieno di particelle.
Nella fisica delle particelle, il termine “collide” può significare che due protoni scivolano l’uno all’altro ed i loro componenti fondamentali passano così vicini che possono parlare l’uno con l’altro. Se le loro voci sono abbastanza forti e risuonano nel modo giusto, possono colpire campi nascosti profondi che cantano la loro propria risposta in risposta – producendo nuove particelle.
“È molto simile alla musica”, dice Ruiz. “L’intero universo è una sinfonia di armonie complesse che si chiamano e rispondono reciprocamente. Possiamo facilmente produrre toni a media frequenza, che sarebbero come fotoni e muoni, ma alcune di queste note sono così alte che richiedono un’enorme quantità di energia e condizioni molto precise per risonare “.
Lo spazio è permeato con campi dormienti che possono brevemente riportare una particella in esistenza quando vibrano con la giusta quantità di energia. Questi campi svolgono ruoli importanti, ma quasi sempre lavorano dietro le quinte. Il campo di Higgs, ad esempio, interagisce sempre con altre particelle per aiutarli a guadagnare massa. Ma una particella di Higgs apparirà solo se il campo viene eccitato con la giusta risonanza.
Quando i protoni si incontrano durante una collisione nel LHC, si rompono e quark e gluoni vengono fatti fuoruscire. Essi interagiscono e tirano più quark e gluoni dallo spazio, formando una doccia di veloci adroni.
Questa simbiosi subatomica è facilitata dal LHC e registrata dall’esperimento, ma non è limitata all’ambiente di laboratorio; Le particelle sono anche accelerate da fonti cosmiche come i resti di supernova. “Questo accade ovunque nell’universo”, dice Ruiz. “Il LHC ei suoi esperimenti non sono particolari in questo senso. Sono più come una grande sala da concerto che fornisce l’energia per aprire e registrare la sinfonia all’interno di ogni protone “.
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