Il Large Hadron Collider: la più potente fabbrica di particelle elementari alla frontiera della conoscenza

Al Liceo Statale “A. Manzoni” di Caserta la Nuova Accademia Olimpia (NAO) propone la conferenza del Prof. Leonardo Merola, Direttore del Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Università Federico II

GIORDANI
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L’evento in programma sabato 24 novembre è organizzato nell’ambito del XXVI ciclo degli Incontri dell’Umanesimo. L’appuntamento è alle 18:30 presso l’Aula Magna del Liceo Manzoni. La conferenza sarà preceduta da un saluto del Dirigente Scolastico Dott.ssa Adele Vairo.

Sono circa duemilaseicento anni quelli trascorsi da quando Leucippo da Mileto sviluppava una teoria secondo la quale la materia è discontinua, poiché costituita da particelle impercettibili ed indivisibili, dette atomi. Questa idea era germogliata già verso la fine del VII secolo a.c. nella fertilissima mente dei pensatori della Grecia Ionica. Fondamentale è un viaggio ad Abdera (Tracia) intrapreso da Leucippo. In Abdera egli fonda una scuola atomista che già agli inizi del VI secolo a.c. darà maggiore corpo alle idee germogliate alla fine del secolo precedente. Tra tutti i suoi allievi si distingue uno per acume e talento, Democrito di Abdera. Non pochi furono attratti da questa visione del mondo. Essa fu condivisa da numerosi autorevoli pensatori e anche in forme assai diversificate tra loro, come nel caso di Epicuro e Tito Lucrezio Caro, tanto per citarne qualcuno. Non meno autorevoli furono però le vigorose opposizioni di Platone e dei suoi seguaci, fino al punto di esprimere l’intenzione di distruggere ogni traccia documentaria dell’atomismo. Per costoro, infatti, l’atomismo era una dottrina empia della quale disfarsi. Va qui sottolineato che l’atomismo di Leucippo non è quello di Democrito.

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A parte i risvolti etici in Democrito ed Epicuro e la specifica visione proposta da ciascun pensatore, come corrente filosofica e come modello della natura microscopica della materia, l’atomismo produsse una visione riduzionista che rappresentò una spinta ideologica formidabile resistendo così per circa ventiquattro secoli a tante teorie e punti di vista avversi. A partire dal XVIII secolo, i progressi scientifici della chimica e della fisica avvalorano fortemente la visione atomista verificabile per mezzo delle leggi della chimica, della fisica e dell’elettrochimica. Tuttavia, se da un lato l’idea di atomo come particella indivisibile sembrava funzionare piuttosto bene, dall’altro evidenze sperimentali più accurate portarono a concludere che l’atomo stesso fosse divisibile e costituito da particelle “più elementari” dell’atomo indivisibile.

Comunque, ciò non portò ad un fallimento dell’atomismo, perché la discontinuità della materia era solo spostata a scale più piccole dove erano collocati gruppi di particelle ritenute “elementari”: dagli studi sperimentali di Thomson relativi alla scoperta dell’elettrone e di Rutherford relativi alla scoperta del nucleo atomico, e dal conseguente subitaneo sviluppo della fisica nucleare, risultò senza ombra di dubbio che “l’atomo divisibile”, contenesse più spazi vuoti che spazi riempiti di materia. La parte massiva, detta nucleo atomico, era dovuta alla presenza di protoni e neutroni e collocata al centro dell’atomo. Attorno a quest’ultimo orbitavano nubi di elettroni, molto meno massive del nucleo (si tenga presente che la massa del protone è circa 1800 volte più grande di quella dell’elettrone ma circa uguale a quella del neutrone).

Il moto orbitale di queste nubi elettroniche era governato sostanzialmente dalla forza di attrazione elettrica tra protoni ed elettroni. Ma i rapidi sviluppi della fisica del secolo scorso mostrarono inequivocabilmente la presenza di un mondo subnucleare in cui protoni e neutroni non giocano più il ruolo di particelle elementari. Pertanto, il problema della discontinuità della materia si è ulteriormente spostato a scale ancora più piccole. Si noti dunque che le spinte ideologiche prodotte dal riduzionismo atomista hanno favorito lo sviluppo di un percorso di conoscenza in evoluzione che ha delineato in modo profondo i paradigmi della fisica delle particelle elementari.

Che cos’è il Large Hadron Collinder?

Quello appena descritto è lo scenario nel quale si inserisce la conferenza dal titolo “Il Large Hadron Collider: la più potente fabbrica di particelle elementari alla frontiera della conoscenza” che il Prof. Leonardo Merola, ordinario di Fisica Sperimentale e Direttore del Dipartimento di Fisica “E. Pancini” dell’Università di Napoli Federico II terrà sabato 24 novembre presso il Liceo Statale “A. Manzoni” di Caserta, con inizio alle ore 18:30. L’evento è proposto nell’ambito degli Incontri dell’Umanesimo della Nuova Accademia Olimpia al suo XXVI ciclo di attività. Alla domanda “qual è il ruolo principale della Fisica delle Particelle Elementari in seno ai recenti sviluppi di fisica fondamentale?” così prontamente risponde: “La Fisica delle Particelle studia i costituenti “elementari” della Natura e le loro interazioni fondamentali.

Dalla ricerca filosofica del “principio di tutte le cose” da parte dei presocratici, attraverso la geniale intuizione dei concetti di “atomo” e di “vuoto” che fu di Democrito, con un lungo percorso si è giunti all’attuale inquadramento teorico delle particelle elementari, basato sul cosiddetto “Modello Standard”. Secondo tale teoria 12 sono i “mattoni” fondamentali (leptoni e quark) della materia e tre sono le “interazioni” fondamentali: l’interazione unificata elettro-debole che è alla base dei fenomeni elettro-magnetici (quale la luce) e regola inoltre molti decadimenti radioattivi dei nuclei e delle particelle, l’interazione forte che è all’origine della forza che tiene uniti i protoni e i neutroni all’interno dei nuclei atomici e l’interazione gravitazionale.” Gli studi di fisica delle particelle elementari si svolgono sovente utilizzando potenti macchine acceleratrici capaci di realizzare energiche collisioni tra intensi fasci di particelle cariche. Da questi processi estremi si studiano i costituenti “elementari” della materia e le loro interazioni fondamentali.

Il Large Hadron Collider (LHC) è il più potente acceleratore di particelle oggi esistente al mondo. E’ istallato a Ginevra presso il CERN (l’Organizzazione Europea per le Ricerche Nucleari) e ha iniziato a raccogliere dati nel 2009 dopo circa 10 anni di preparazione. LHC prevede un programma scientifico che si protrarrà almeno fino al 2030. “Lo scopo principale della conferenza” assicura il Prof. Merola “è la descrizione, in forma divulgativa, dello stato dell’arte delle ricerche di fisica delle particelle elementari con LHC e il contributo dato dagli scienziati italiani”. “Grazie a questa macchina” prosegue Merola “è stato possibile effettuare la scoperta del bosone di Higgs, annunciata il 4 luglio del 2012, studiando le collisioni fra protoni ad altissima energia.” Il bosone di Higgs, più popolarmente conosciuto come la “particella di Dio”, è la particella che “fornisce” la massa a tutti i costituenti elementari e gioca un ruolo cruciale nelle interazioni fondamentali della natura e della struttura intima della materia.

Il Prof. Leonardo Merola

Prof. Leonardo Merola, Direttore del Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Università Federico II Napoli

Leonardo Merola, classe 1952, si occupa di ricerche nel campo della fisica sperimentale delle particelle elementari. Dal 2000 è professore ordinario (nel settore della Fisica sperimentale delle interazioni fondamentali) presso l’Università di Napoli Federico II. Attualmente insegna Elementi di Fisica Nucleare e Subnucleare e Fisica delle particelle elementari nei corsi di laurea in Fisica. Ha partecipato ad esperimenti presso macchine acceleratrici al CERN di Ginevra per lo studio delle interazioni ad alta energia protone-protone/antiprotone e elettrone-positrone nonché ad esperimenti per la ricerca della violazione della simmetria materia-antimateria presso l’acceleratore DAFNE nei laboratori nazionali dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) a Frascati. In particolare si è occupato di Fisica del Modello Standard delle particelle elementari e sue estensioni, attualmente presso l’acceleratore LHC e ha preso parte, come membro della collaborazione internazionale ATLAS, alla scoperta del bosone di Higgs. Da molti anni si dedica anche allo studio dell’analisi fisica distribuita utilizzando la tecnologia delle griglie computazionali. In tale contesto ha partecipato a progetti europei e nazionali con l’obiettivo di realizzare simulazioni ed analisi dati di fisica delle alte energie su vasta scala geografica. In tale ambito è stato responsabile della realizzazione dell’infrastruttura di calcolo avanzato “ReCaS”, frutto di un progetto nazionale omonimo che vede la collaborazione tra l’Ateneo di Napoli Federico II, l’Università di Bari “Aldo Moro” e l’INFN. E’ autore o co-autore di oltre 900 pubblicazioni su riviste scientifiche internazionali. Già direttore della Sezione di Napoli dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, attualmente ricopre la carica di Direttore del Dipartimento di Fisica “Ettore Pancini” ed è Segretario Generale della Società Nazionale di Scienze, Lettere e Arti in Napoli.