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LA STRUTTURA DEL CERN: gli acceleratori

Il complesso degli acceleratori Il complesso degli acceleratori del CERN comprende 7 acceleratori principali, costruiti in vari periodi a partire dalla fondazione dell'istituto. Fin dal principio, è stato previsto che ogni nuova e più potente macchina avrebbe utilizzato le precedenti come “iniettori", creando una catena di acceleratori che porta gradualmente un fascio di particelle ad energie sempre più elevate. Per consentire il funzionamento di questa catena, tutte le funzioni degli acceleratori sono coordinate da un unico segnale di riferimento, generato da un sistema di orologi atomici con una precisione dell'ordine del nanosecondo.

L'orologio atomico è un tipo di orologio in cui la base del tempo è determinata dalla frequenza di un atomo. Gli orologi atomici utilizzano una cavità risonante contenente un gas ionizzato. Solitamente è usato il cesio. Questi orologi si basano sul fatto che gli atomi, posti in opportune condizioni, assorbono ed emettono radiazioni elettromagnetiche a intervalli di tempo costanti. Semplificando, si può dire che l’orologio atomico è un dispositivo che misura il tempo contando le oscillazioni tra livelli energetici diversi di un atomo.

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GLI ACCELERATORI Il Proton Synchrotron (PS) costruito nel 1959, riceve particelle (protoni) dal Proton Synchrotron Booster e ioni di piombo dal Low Energy Ion Ring. Il Super Proton Synchrotron (SPS), un acceleratore circolare di 2 km di diametro, costruito in un tunnel, che iniziò a funzionare nel 1976. Nel tempo è stato potenziato più volte. Oltre ad avere una propria linea per esperimenti, ha funzionato come collisore e come stadio finale di accelerazione per gli elettroni e i positroni da iniettare in altri acceleratori.

GLI ACCELERATORI Due LINAC, o acceleratori lineari, che generano particelle a bassa energia, sono noti come LINAC2 e LINAC3. Tutta la catena di acceleratori successiva dipende da queste sorgenti. Il PS Booster (Proton Synchrotron Booster), aumenta l'energia delle particelle generate dai LINAC prima di iniettarle nel PS. Viene inoltre utilizzato per esperimenti separati. Il Low Energy Ion Ring (LEIR), che accelera fasci di ioni di piombo, ha iniziato a lavorare nel 2010 nella catena di pre-accelerazione dell'LHC.

GLI ACCELERATORI Il Large Electron-Positron collider (LEPC) è stato il progetto principale al CERN dal 1989 al 2000. Questa macchina è stata in grado di accelerare elettroni e positroni fino a un'energia che corrisponde a velocità prossime a quelle della luce. L'acceleratore è stato costruito in un tunnel sotterraneo di 27 km, a circa 100 metri di profondità, ed era composto da magneti collegati in grado di curvare la traiettoria delle particelle accelerate mantenendole in "orbita" nel tubo a vuoto che li attraversava al centro.

GLI ACCELERATORI Il Large Hadron Collider (LHC) entrato in funzione nel 2008 dopo lo smantellamento di LEPC. Si estende su una circonferenza di 27 chilometri ed è stato inizialmente progettato per studiare le particelle elementari in condizioni paragonabili a quelle dei primi momenti di vita dell'Universo, subito dopo il Big Bang. Gran parte del lavoro che viene svolto attualmente al CERN è incentrato sull’LHC. 5 diversi esperimenti (CMS, ATLAS, ALICE, LHCb e TOTEM) sono attualmente in funzione ognuno dei quali studia le collisioni tra particelle con metodi diversi e facendo uso di tecnologie differenti. La progettazione dell'LHC ha richiesto una precisione straordinaria, tanto da rendere necessario tenere conto dell'influenza della forza di attrazione gravitazionale esercitata dalla Luna sulla crosta terrestre e dei disturbi elettrici provocati dal passaggio dei treni in superficie ad un chilometro di distanza.