Nel percorso “Microscopi dell'invisibile” viene spiegato come fanno i fisici a “vedere” quello che nessun microscopio al mondo riesce a rivelare, i costituenti fondamentali della materia, ovvero le particelle elementari. Vengono introdotti gli acceleratori di particelle, che sono macchine in grado di produrre materia dall’energia generata dalla collisione di particelle accelerate, e i rivelatori che, rivelando il passaggio delle particelle prodotte nelle collisioni, permettono di studiarne le caratteristiche.

percorso di Silvia Miozzi

Gli acceleratori di particelle

Gli acceleratori furono inventati negli anni '30 del secolo scorso per la ricerca in fisica nucleare e subnucleare. Da allora si sono evoluti sotto molti aspetti e oggi sono utilizzati non solo per studiare i costituenti fondamentali della materia e le loro interazioni, ma hanno trovato ampia applicazione anche in campo medico, nell’industria e nella salvaguardia dei beni culturali e ambientali.

A prescindere dal loro utilizzo, Il loro compito è quello di aumentare l'energia di un fascio di particelle cariche utilizzando campi elettromagnetici che le accelerano, le guidano e le focalizzano per farle convergere su un bersaglio.

Gli acceleratori possono essere:

Lineari: le particelle accelerate viaggiano in linea retta

Circolari: le particelle accelerate vengono mantenute su una traiettoria curva

Tra gli acceleratori circolari distinguiamo:

Il Ciclotrone: le particelle percorrono una traiettoria a spirale fino al raggiungimento della massima energia per essere poi inviate contro un bersaglio fisso

Il Sincrotrone: le particelle percorrono una traiettoria circolare di diametro costante, ad ogni giro la loro energia viene aumentata fino al raggiungimento dell’energia massima e poi inviate contro un bersaglio fisso oppure, nel caso dei Collisori, contro un altro fascio di particelle che viaggia in verso opposto lungo la stessa traiettoria.

Le particelle accelerate raggiungono velocemente velocità prossime a quella della luce e quindi la relatività ristretta è uno strumento indispensabile nella fisica degli acceleratori. Quando le particelle sono sufficientemente energetiche, si verifica un fenomeno che sfida l'immaginazione: l'energia disponibile nella collisione si trasforma in materia sotto forma di nuove particelle. Questo fenomeno è descritto dalla famosa equazione di Einstein

\[E= mc^{2}\]

che mostra l’equivalenza tra energia e materia.

Studiando questi eventi, i fisici sono in grado di sondare il mondo subatomico, le forze fondamentali e l’evoluzione dell’Universo.

Il tipo di particelle che viene utilizzato dipende dal tipo di esperimento che si vuole effettuare ma, per poter interagire con i campi elettromagnetici, è necessario che posseggano una carica elettrica.