Dafne e KLOE: alte energie in Italia

In questi mesi, diversi lettori mi hanno chiesto di cosa mi occupassi precisamente. Come abbiamo imparato a conoscere attraverso alcuni articoli specifici, la fisica delle alte energie e’ molto vasta, con diversi esperimenti sparsi per il mondo. Nel mio caso specifico, ho partecipato e partecipo tutt’ora a diversi progetti in Italia, in Svizzera e negli Stati Uniti. Per darvi un’idea piu’ precisa, vorrei in questo articolo parlarvi di uno di questi progetti, KLOE, al quale sono per motivi affettivi piu’ legato, e che si trova ai Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Perche’ sono affezionato a questo esperimento? Semplice, oltre a trovarsi nel paese in cui sono nato, cresciuto ed in cui tutt’ora vivo, proprio su questo esperimento ho iniziato la mia carriera di fisico nel 2003, prima con la tesi di laurea, poi con il dottorato di ricerca e su cui, ancora oggi, lavoro.

Prima di tutto, e’ necessario che vi dia qualche informazione aggiuntiva. Purtroppo, mentre tutti hanno sentito parlare di CERN e LHC, pochi sanno che anche in Italia si fanno studi importanti e molto sofisticati di fisica delle alte energie. I laboratori Nazionali di Frascati sono il piu’ grande laboratorio di Fisica delle alte energie dell’INFN. Sono stati fondati nel 1955 e proprio qui e’ nata la fisica degli acceleratori. Da un’intuizione di Bruno Touschek proprio a Frascati e’ stata realizzata AdA nel 1960. Cosa sarebbe Ada? Come sapete, nei moderni acceleratori quello che si fa e’ far girare fasci di particelle ad altissima energia per farli poi scontrare in un punto preciso. Da questo scontro, grazie alla relazione di Einstein E=mc^2, possiamo creare particelle diverse da studiare per comprendere importanti meccanismi della natura. Facendo aumentare l’energia, possiamo di volta in volta scoprire particelle nuove. Fino al 1960, quest’idea nemmeno esisteva. Grazie all’esperimento AdA, che sta per Anello di Accumulazione, venne dimostrato come fosse possibile impacchettare fasci di particelle, farle muovere su orbite circolari e poi farle scontrare in un punto deciso a priori. Grazie proprio ad AdA vennero compresi importanti effetti di fisica dei fasci, importanti ancora oggi, tra questi, ad esempio, il cosiddetto Effetto Touchek dovuto all’interazione delle particelle nello stesso pacchetto.

Dal punto di vista delle particelle, AdA non scopri’ nessuna particella nuova. Questo e’ naturale se vedete la foto:

AdA: anello di accumulazione

L’esperimento aveva un diametro di poco superiore al metro ed un’energia bassissima. Nonostante questo, AdA apri’ la strada ai futuri acceleratori. Subito dopo AdA, sempre a Frascati, si inizio’ a studiare qualcosa di piu’ grande, un vero e proprio collissore si particelle che oltre a far circolare i fasci, potesse accelerarli e curvarli. Nel 1967 venne dunque innaugurato Adone, che sta appunto per Big-AdA. Eccovi una foto di Adone:

Adone ai Laboratori Nazionali di Frascati

Si tratta di un anello vero e proprio, molto piu’ simile a quelli attuali, con un diametro inferiore ai 100 metri e che poteva raggiungere la folle energia per l’epoca di 3GeV, ottenuta facendo scontrare fasci di elettroni e positroni. Per fare un confronto, oggi LHC e’ stato progettato per avere un’energia di 14TeV, cioe’ 14000GeV. Adone e’ stato il primo acceleratore moderno della storia. Capite dunque che la fisica dei collissori e’ nata a Frascati, laboratorio con una grandissima tradizione in questo settore e che, ancora oggi, ricopre un ruolo importante nei laboratori di tutto il mondo.

Ora cosa si studia a Frascati? Oggi in questi laboratori ci sono tantissimi gruppi che si occupano di fisica nucleare, fisica delle alte energie, astrofisica, astroparticelle, fisica della materia, fisica medica. Tra questi settori, un ruolo fondamentale e’ ricorperto ancora oggi dala fisica degli acceleratori e dal progetto KLOE a Dafne.

Dafne, il collisore attualmente in funzione ai Laboratori di Frascati

Dafne e’ l’attuale collissore dei laboratori che ha preso i primi dati utili nel 2000. Si tratta di sistema costituito da due anelli, uno per elettroni ed uno per positroni, che vengono fatti scontrare ad un’energia di poco superiore ad 1GeV. Perche’ un’energia cosi’ bassa? Al contrario di LHC, che e’ un esperimento di scoperta, in cui dunque si deve raggiungere la massima energia possibile per creare nuove particelle, Dafne e’ una macchina di precisione. Questa categoria di anelli, lavorano ad un’energia ben precisa, calibrata per massimizzare la produzione di determinate particelle. Nel caso di Dafne, la macchina e’ una fabbrica di mesoni Phi, Phi-factory.

Di modello standard, materia strana, antimateria, ecc, abbiamo parlato in questi post:

– Piccolo approfondimento sulla materia strana

– Due parole sull’antimateria

– Antimateria sulla notra testa!

– Bosone di Higgs … ma che sarebbe?

– La materia oscura

Cosa sarebbe invece la Phi? Detto molto semplicemente, si tratta di una risonanza, cioe’ uno stato legato tra due quark (uno strange ed un anti-strange), che vive un tempo brevissimo dopo di che decade in qualche altra cosa. Tra i possibili canali di decadimento, tra i piu’ probabili ci sono quelli in coppie di Kaoni. Attenzione, il discorso sembra complicato, ma non lo e’. In fisica, ogni particella ha il suo nome. I kaoni sono soltanto una famiglia di particelle in cui rientrano diversi elementi: K carichi, K neutri, K lunghi, K corti, ecc.

Bene, a Dafne si vogliono studiare questi Kaoni e per produrli e’ necessario avere una macchina in grado di creare tantissime Phi. Perche’?

In questo articolo:

– E parliamo di questo Big Bang

abbiamo parlato del meccanismo del Big Bang, vedendo come in seguito a questa esplosione, si e’ verificato uno sbilancio tra materia ed antimateria, che ha portato alla scomparsa della seconda e alla formazione di un universo di materia. Se ben ricordate, abbiamo anche detto come, dal punto di vista teorico, questo meccanismo e’ teoricamente possibile supponendo che siano avvenute determinate condizioni, dette di Sacharov. Tra queste, vi e’ una violazione di CP, cioe’ proprio uno squilibrio tra materia ed antimateria che porta nei decadimenti a preferire stati finali piu’ ricchi di materia.

Cosa c’entrano i kaoni con la violazione di CP?

Nel 1974, decadimenti con violazione di CP venero osservati per la prima volta per un membro della famiglia dei Kaoni, il K long. Ad oggi, oltre che nei Kaoni, la violazione di CP e’ stata osservata anche nei mesoni B. Detto questo, capite bene l’importanza di questi studi. Comprendere a fondo la violazione di CP e le sue conseguenze, ci permette di capire meglio l’origine stessa dell’universo.

L’esperimento operante a Dafne e che studia proprio i decadimenti delle particelle e’ KLOE, un complesso sistema di rivelatori pensato per registrare ed osservare tutte le particelle che entrano nei vari decadimenti.

L’esperimento KLOE installato all’interno di Dafne

Attraverso i dati raccolti e’ possibile ricostruire l’intero evento e capire che tipologia di decadimento e’ avvenuto. Per fare questo sono necessari diversi rivelatori, ognuno specializzato per determinate particelle, pensati e realizzati in modo del tutto unico direttamente ai laboratori di Frascati.

Perche’ ancora oggi a distanza di anni KLOE e Dafne sono in funzione?

Vista la rarita’ dei decadimenti che si vogliono studiare, e’ necessario raccogliere un campione molto vasto di dati. Detto in altri termini, poiche’ la probabilita’ di avere il decadimento che cercate e’ molto bassa, dovete raccogliere un campione molto grande di Phi per poter avere la statistica necessaria a fare questi studi.

KLOE ha preso dati fino al 2006 raccogliendo un campione cospicuo di Phi. Oltre alla violazione di CP,  KLOE ha posto importanti limiti in tantissimi decadimenti, studiato la gravita’ quantistica, osservato per la prima volta decadimenti mai visti prima, ecc. Tutti risultati di prim’ordine che hanno dato lustro alla fisica delle alte energie in Italia.

Nel 2008 e’ stato poi pensato, sempre a Frascati, un nuovo meccanismo di collissione dei fasci che permetterebbe a KLOE di raggiungere “luminosita’” piu’ elevate, cioe’, modificando solo la zona di interazione dei fasci, si potrebbero accumulare molti piu’ dati a partita’ di tempo. Questa modifica e’ importantissima per un esperimento di precisione come KLOE che dunque potrebbe andare a studiare nuovi settori e migliorare notevolmente i canali gia’ studiati. Proprio per questo motivo, si e’ deciso di iniziare un nuovo periodo di presa dati per KLOE.

Cosa e’ successo tra il 2009 e il 2013?

In questo periodo di tempo, KLOE, costruito come detto un decennio prima, ha pensato di realizzare nuovi rivelatori da installare vicino alla zona di interazione, proprio per migliorare la sua sensibilita’ sfruttando idee nuove e le ultime migliorie pensate in questi anni. Questi nuovi dispositivi sono rivelatori molto complessi e compatti che hanno richiesto diversi anni prima di essere ottimizzati e realizzati. Prima di questa estate, i nuovi rivelatori sono stati installati con successo ed in questi giorni si sta lavorando per ottimizzare il tutto e prepararci alla nuova presa dati dell’esperimento KLOE, ora chiamato KLOE-2. L’accensione di tutto il sistema e’ prevista per il 9 settembre, giorno di inizio di una lunga presa dati che portera’ sicuramente a nuovi ed importanti studi.

Come potete capire, la fisica delle alte energie non e’ riservata al CERN. I fisici italiani, oltre ad avere ruoli importanti nei grandi laboratori del mondo, sono anche attivi nel nostro paese con esperimenti di precisione, importantissimi per capire come funziona il nostro universo.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Pubblicità

Il raggio del dolore

Nel precedente articolo, abbiamo parlato del cosiddetto “raggio della morte” che sarebbe stato inventato da Tesla, ma di cui non si hanno assolutamente prove tangibili:

– Il raggio della morte

Come visto, questo raggio elettromagnetico sarebbe in grado, stando ovviamente alle speculazioni mediatiche, di disintegrare intere porzioni del pianeta, di teletrasportare corpi e oggetti in altre dimensioni e potrebbe anche essere usato come una letale arma.

In questo post invece vorrei parlarvi di una vera applicazione introdotta per primo da Tesla e da cui molto probabilmente nasce la speculazione di cui abbiamo gia’ parlato. Questa volta, invece del raggio della morte parliamo del “raggio del dolore”.

Andando avanti nella trattazione capirete anche perche’ proprio da questa applicazione nascono le speculazioni, sia scientifiche che complottiste, di cui e’ piena la rete.

Il raggio del dolore rientra nelle cosiddette “armi non cinetiche”. Con questo termine si intende tutta una categoria di armamenti che non includono il moto di un proiettile scagliato meccanicamente contro un bersaglio. Applicazioni di questo tipo sono molto moderne e racchiudono la parte bellico/militare insieme allo sviluppo della tecnologia senza fili che ormai e’ entrata propotentemente anche nelle nostre abitazioni.

In soldoni, il raggio del dolore sarebbe un’arma che, indirizzata verso una persona, provocherebbe un dolore talmente elevato da immobilizzarla, ma senza conseguenze ne’ letali ne’ tantomeno donnose per il corpo.

Come funziona questa applicazione?

Come anticipato, il principio di base si deve a Nikola Tesla. Nel raggio del dolore, un fascio di microonde ad alta potenza o un laser viene inviato su un bersaglio. L’energia delle onde elettromagnetiche viene calibrata in modo che il fascio possa penetrare pochi decimi di millimetro sotto la pelle del soggetto, andando ad interagire direttamente con i recettori nervosi che comandano il dolore. In questo modo, si stimola un dolore fortisimo nel soggetto che rimane paralizzato per alcune decine di secondi. Al termine dell’effetto, le funzionalita’ corporee vengono riprese completamente senza conseguenze per l’apparato nervoso dell’individuo.

Un prototipo di arma ad energia diretta basato su laser.

Vi ribadisco che siamo ancora nel campo della sperimentazione. Le armi ad energia diretta, basate dunque su onde elettromagnetiche, sono oggetto di studio attuale per molti eserciti e governi in tutto il mondo.

Dal punto di vista strettamente scientifico, capite bene che un’applicazione del genere implica notevoli studi non solo sulla trasmissione del segnale a distanza, ma anche e soprattutto sulla parte di generazione e collimazione del fascio. Su questo ultimo punto in particolare, e’ evidente che, affinche’ sia efficace, il fascio deve essere generato alla potenza giusta e convogliato su un punto ben preciso per avere le conseguenze ricercate.

Le applicazioni possibili di un sistema del genere sono in realta’ molteplici e non legate solo alla parte bellica. Molto interesse su questa nuova tipologia di armamenti, che sono non letali come dice il nome stesso, viene ad esempio dal settore sicurezza. Possibili utilizzi del raggio del dolore possono essere in ambito di ordine pubblico ma anche nel contrasto del terrorismo o degli ordigni improvvisati. Solo come esempio pratico, immaginate di avere un terrorista con indosso una cintura esplosiva. L’utilizzo del raggio sarebbe utilie per immobilizzare il soggetto senza il rischio di far esplodere l’ordigno.

Ovviamente in questo contesto non entro nel merito degli armamenti o della ricerca in questi settori. Lo copo del blog e’ quello di divulgare la scienza a fronte delle tante ipotesi complottiste trovate in rete. Pensando al funzionamento del raggio del dolore, capite bene l’assonanza di questa applicazione con il raggio della morte di cui abbiamo parlato in precedenza. Dal “dolore” si e’ passati alla morte, dall’immobilizzamento si e’ passati al teletrasporto e dalle onde elettromagnetiche addirittura ad una qualche forma di energia misteriosa e sconosciuta.

Proprio questo genere di applicazioni ha creato la speculazione che conosciamo. Il raggio della morte, il teleforce, i portali elettromagnetici sono tutte applicazioni pensate inizialmente da Tesla ma su cui poi la speculazione ha creato questo falso mito.

Solo per completezza, vi dico che studi su questa tipologia di armi, compreso il raggio del dolore, sono tutt’ora in corso. Capite anche bene che ricerche di questo tipo implicano un lavoro di squadra di diverse figure professionali esperte non solo di onde elettromagnetiche, ma anche a livello medico/biologico per l’annullamento di eventuali effetti secondari sugli organismi viventi.

Come vedete, questo genere di argomenti si sviluppano in rete un po’ come le legende. C’e’ un fondo di verita’, piu’ o meno nascosto o anche piu’ o meno noto ai non addetti ai lavori, da cui poi inizia una speculazione senza fine. In questo contesto, diviene poi difficile cercare di distinguere tra il mito, la bugia e la verita’.

 

 

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.