Acceleratori e collisionatori di particelle

Le prime scoperte sulle strutture fondamentali della materia seguirono alcuni esperimenti condotti sui raggi cosmici e sulla radioattività, che indagavano sulle collisioni tra particelle subatomiche naturalmente energetiche, elettroni, protoni ed nuclei atomici più pesanti. Gli acceleratori di particelle hanno permesso ai fisici di studiare le collisioni tra particelle in condizioni più controllate e hanno rivelato la maggior parte delle particelle e dei mediatori che oggi conosciamo.

Gli acceleratori di particelle lavorano sfruttando il modo con cui si muovono la particelle cariche in un campo magnetico e in un campo elettrico. I campi elettrici forniscono energia alle particelle cariche, e quindi le accelerano, mentre i campi magnetici le deflettono e le fanno convergere in fasci.

Tutti gli acceleratori di particelle hanno gli stessi componenti fondamentali: una sorgente di particelle, dei campi elettrici che le accelerano, dei campi magnetici ch danno loro una deirezione precisa e, infine, dei rivelatori che permettano di osservare le particelle e le collisioni tra esse. Anche probabilmente avrai almeno un acceleratore di particelle in casa tua...

Infatti, il tubo catodico grazie al quale funziona il tuo televisore, ha tutte le componenti fondamentali di un acceleratore di particelle.

Ci sono vari tipi di acceleratori. Negli acceleratori lineari (linacs), le particelle sono mantenute su un percorso rettilineo attraversando diversi campi magnetici e man mano aumentando la propria energia. Negli acceleratori circolari (ciclotroni e sincrotroni) le particelle sono guidate da campi magnetici su un percorso circolare, in modo da passare per lo stesso campo elettrico più e più volte.

Le collisioni alle più alte energie avvengono quando due fasci di particelle si scontrano frontalmente. La maggior parte dei collisionatori di particelle sono macchine circolari in cui ciascuna particella è fatta scontare frontalmente con la propria antiparticella. Essi sfruttano il fatto che le particelle e le antiparticelle reagiscono allo stesso modo al campo elettrico e a quello magnetico, una volta che si stiano muovendo su versi opposti.