ALEPH & OTHER Tales

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L’esperimento del CERN con il nostro stesso nome

È ormai conoscenza comune che il CERN di Ginevra sia il luogo di residenza del famoso LHC (Large Hadron Collider), noto soprattutto per la significativa scoperta del bosone di Higgs, effettuata nel 2012. Non tutti sanno, però, che l’attuale acceleratore di particelle svizzero è stato costruito nello stesso tunnel di un suo antenato meno famoso, il LEP (Large Electron-Positron Collider).

Situato sottoterra, il LEP è stato il più grande acceleratore elettron-positrone del suo tempo e ha funzionato dal 1989 al 2000, raggiungendo importanti risultati scientifici, come ad esempio il suo prezioso contributo alla scoperta del bosone W e del bosone Z, particelle fondamentali per l’interazione debole.

Così come accade al giorno d’oggi, anche nel LEP le collisioni avvenivano in quattro punti specifici lungo l’anello, punti in cui erano situati i grandi esperimenti di rilevamento. Uno di questi si chiamava proprio ALEPH, come il nostro magazine!

L’esperimento ALEPH al CERN nel 1996. Crediti: CERN.

L’esperimento ALEPH

ALEPH, acronimo che sta per “Apparatus for LEP Physics”, è stato uno dei quattro grandi esperimenti situati sull’anello del LEP, insieme a DELPHI, L3 e OPAL. Nel corso della sua storia, ALEPH ha rappresentato un tassello fondamentale per lo studio e la comprensione della fisica delle particelle, oltre ad aver contribuito all’avanzamento tecnologico che ha portato poi ai moderni acceleratori di particelle.

Il rilevatore ha iniziato a prendere dati nel mese di luglio del 1989, e già alla sua inaugurazione contava più di 300 scienziate e scienziati da 25 centri di ricerca in nove paesi e tre continenti diversi. La sua missione era quella di esplorare il mondo delle particelle elementari predetto dal Modello Standard, sondando le profondità della materia e dell’energia per cercare particolari nascosti che potessero svelare una “nuova” fisica.

ALEPH è stato progettato e costruito con cura, incorporando una vasta gamma di tecnologie avanzate per rilevare e analizzare le particelle prodotte nelle collisioni elettrone-positrone generate dal LEP.  Il design era costituito da un intricato sistema concentrico di rivelatori e strumentazioni scientifiche, ciascuno dei quali aveva una specifica funzione.

Al centro, era possibile trovare un tubo fatto di berillio, all’interno del quale i due fasci di particelle ad alta energia, uno composto di elettroni e uno di positroni, venivano fatti scontrare nel punto di collisione scelto. Andando verso l’esterno, era presente un rilevatore di vertici composto da due strati di microstrisce al silicio, capaci di fornire 8 diverse coordinate per il tracciamento della traiettoria delle particelle secondarie, ossia quelle prodotte dalla collisione. Se queste ultime possedevano una carica elettrica, allora venivano rilevate all’interno della TPC (Time Projection Chamber), lunga 4.4 metri e con un diametro di 3.6 metri. In aggiunta, erano presenti un calorimetro elettromagnetico, per rilevare elettroni e fotoni, e un calorimetro adronico, per l’identificazione degli adroni. Il tutto era inserito in un campo magnetico di 1.5 Tesla (per capirci, lo stesso campo magnetico prodotto da uno di quegli enormi magneti che vengono utilizzati per sollevare le automobili nei depositi), generato da una bobina superconduttrice lunga 6.3 metri e con un diametro di 5.3 metri, necessario per determinare la carica delle particelle. L’intero sistema era poi situato all’interno di un cilindro di 12 lati, circondato dai rilevatori di muoni.

Come è possibile immaginare, le dimensioni di ALEPH erano imponenti, tuttavia necessarie per catturare e registrare un ampio spettro di particelle prodotte durante le collisioni ad alta energia. Inoltre il funzionamento del rilevatore doveva essere altamente coordinato e sincronizzato con il funzionamento del LEP. Le collisioni di particelle avvenivano ad intervalli regolari, e ALEPH doveva essere sempre pronto a raccogliere dati in modo efficiente e accurato durante questi eventi fugaci. Un sofisticato software era utilizzato per gestire e analizzare i grandi flussi di dati prodotti dalle collisioni, consentendo alle scienziate e agli scienziati di identificare e studiare le particelle prodotte.

Una parte del rilevatore ALEPH durante la costruzione. Crediti: CERN 103.6.84.

I contributi alla scienza

Durante il suo funzionamento presso il CERN, l’esperimento ALEPH ha contribuito in modo significativo alla nostra comprensione della fisica delle particelle, producendo una vasta gamma di risultati scientifici di grande importanza.

ALEPH ha partecipato attivamente allo studio delle proprietà del bosone Z, una particella fondamentale responsabile dell’interazione debole. Attraverso una serie di misurazioni precise, l’esperimento ha contribuito a raffinare i valori dei principali parametri di questa particella, come ad esempio la sua massa e la sua carica. Queste misure hanno fornito una verifica sperimentale delle previsioni del Modello Standard della fisica delle particelle e hanno contribuito a consolidare il nostro quadro teorico delle interazioni elettrodeboli.

Inoltre, ALEPH ha svolto un ruolo chiave nella ricerca di nuove particelle al di là del Modello Standard. Nonostante non abbia portato alla scoperta di nuove particelle, tuttavia è riuscito ad imporre limiti superiori alla massa e alle proprietà di una serie di particelle che erano state ipotizzate, guidando così sia la ricerca teorica sia quella sperimentale verso nuove direzioni.

Oltre a ciò, ALEPH ha contribuito a misurare con grande precisione vari parametri fisici, come la massa dei quark e le sezioni d’urto dei processi di scattering. Queste misurazioni hanno fornito vincoli importanti per i modelli teorici e hanno alimentato la ricerca di una nuova fisica al di là del Modello Standard.

L’eredità di ALEPH

Anche se l’esperimento ALEPH ha concluso le sue operazioni con la chiusura del LEP nel 2000, il suo impatto sulla ricerca scientifica è stato profondo e duraturo. I dati raccolti da ALEPH e dagli altri esperimenti del LEP hanno continuato a essere analizzati e utilizzati per decenni, aiutando a sviluppare nuove teorie e guidando la ricerca futura nella fisica delle alte energie.

Oltre al suo impatto scientifico, ALEPH ha anche giocato un ruolo importante nel formare una nuova generazione di scienziati e ricercatori. Lo scambio di conoscenze e l’interazione tra esperti provenienti da diverse culture scientifiche, punti caratteristici di un esperimento così vasto come ALEPH, hanno di gran lunga contribuito a promuovere la collaborazione internazionale nel campo della ricerca scientifica.

In definitiva, l’esperimento ALEPH rappresenta un capitolo importante nella storia della ricerca scientifica. Attraverso la sua dedizione alla scoperta e alla conoscenza, ha illuminato le frontiere della fisica delle particelle, aprendo la strada a nuove domande e nuove sfide che continueranno a ispirare le scienziate e gli scienziati per le generazioni a venire.

Martina D'Arco
Martina D'Arco è una studentessa di Fisica delle Particelle con una grande passione per la scrittura sin da piccola. Dopo aver visitato il CERN per la prima volta nel 2018, aveva promesso a se stessa che sarebbe tornata, questa volta per restare. E così è stato: ha conseguito la laurea triennale in Fisica all'Università La Sapienza di Roma, e attualmente frequenta il Master in Particle Physics all'Università di Ginevra. La sua frase distintiva è: "Non smettere mai di guardare verso le stelle".

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