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Le trappole dei cacciatori di «Z zero» Due esperimenti al Cern per stanare i «bosoni», le nuove particelle nucleari Le trappole dei cacciatori di «Z zero» GINEVRA — SI scende lungo un pozzo profondo sessanta metri sotto i prati verdissimi e ondulati della campagna franco-svizzera, non lontano da Ginevra. Dove si ferma il montacarichi c'è una grande sala scavata accanto alla galleria circolare che contiene il superprotosincrotrone del Cern (Centro europeo per la ricerca nucleare). Attualmente in questa macchina, chiamata per brevità con la sigla SPS e costituita da un anello di magneti lungo 7 chilometri, vengono fatti circolare ad una velocità molto vicina a quella della luce fasci di protoni e di antiprotoni. Poiché la loro carica è opposta, protoni e antiprotoni girano nell'SPS in direzione contraria e in alcuni punti si scontrano. L'energia degli urti è la più alta mal raggiunta in un laboratorio: 540 GeV (un GeV» un gigaelettronvolt. cioè un miliardo di elettronvolt; un elettronvolt è l'energia impressa a un elettrone da una differenza di potenziale elettrico di un volt). Perché questa «pista di Monza» per I protoni e per i loro «gemelli» di antimateria? La risposta è insieme semplice e complessa: dagli urti i fisici sperano di vedere confermata l'esistenza di certe particelle dette bosoni intermedi il cui compito sarebbe quello di mediare la trasmissione di una forza nucleare chiamata •interazione debole». Se questi bosoni esistono, verrà confermata una teoria che ha già fruttato il Premio Nobel al fisici Weinberg, Salam e Glashow secondo la quale la forza elettromagnetica e l'«Interazione debole» sono in realtà espressione di un' unica forza, battezzata elettrodebole. Prima di esaminare gli esperimenti che si fanno in fondo al pozzo del Cern conviene fare un passo Indietro per delineare il quadro in cui la ricerca del bosoni si colloca. Le forze fondamentali della natura sono quattro, e ognuna, si ritiene, è trasmessa da una particella specifica. Immaginale due ragazze che si trovino su due barche e che si lancino un pallone: ad ogni lancio le barche riceveranno per reazione una spinta, cioè un impulso di forza, e il pallone corrisponde alla particella che rende possibile la trasmissione di energia. La gravità è la prima delle 4 forze fondamentali, ed è trasmessa, si ritiene, dai gravitoni, particelle che per ora non sono ancora state osservate. C'è poi la forza elettromagnètica, che è la meglio conosciuta, ed è trasmessa da particelle chiamate fotoni (sono fotoni per esempio a costituire la luce visibile, le onde radio, i raggi X ecc.). La terza forza, ora unificata con la seconda è appunto l'.interazione debole», da cui dipende, per esempio, il decadimento dei neutroni. I bosoni intermedi sono appunto le particelle che medierebbero la trasmissione della «forza debole». Infine c'è la cosiddetta «forza forte», che agisce in un raggio ristrettissimo dentro le particelle nucleari ed è mediata da particelle chiamate gittoni (i quark sono considerati i sottocostituenti delle particelle, i gluoni sono la «colla» che li tiene assieme). Sono previsti tre tipi di bosoni: W+,W— e Z zero. Proprio in queste settimane al Cern si è aperta la caccia a Z zero. Le trappole con cui si cerca di catturare la particella sono di due tipi. In un primo esperimento. diretto da Carlo Rubbia, un illustre fisico italiano che si divide tra Ginevra e Harvard, la Z zero dovrebbe rivelarsi in una camera ottica decadendo in un muone positivo e in un muone negativo. Un secondo esperimento, diretto dal francese Pierre Dattinlat e a cui partecipa Franco Bonaudi, altro nome ben noto nel campo degli acceleratori e attualmente responsabile dell'organizzazione delle aree sperimentali del LEP (vedi Tuttoscienze, 13 ottobre 1982), è invece congegnato in modo da rivelare la Z zero attraverso coppie positrone-elettrone che Inviano direttamente un segnale elettronico In un computer attraverso 2600 fototubi che «scrutano» il punto in cui si scontrano i protoni e gli antiprotoni dell'SPS. Ci sono buone speranze che questi cacciatori di Z zero colgano 11 bersaglio? «Per la prima volta — dice l'ingegner Franco Bonaudi guardando affettuosamente la sua "trappola", un ammasso di sofisticate apparecchiature che pesa 400 tonnellate — qui disponiamo di una energia più che abbondante per formare il bosone Z zero: la teoria prevede die esso abbia una massa di circa 80 GeV, qui ne abbiamo ben 540. Anche tenendo conto che questa energia si può ridurre a un terso perché i protoni e gli antiprotoni si frammentano nei tre quark che li costituiscono, siamo sempre al di sopra della soglia». — A quando l'analisi dei risultati? 'Il rivelatore funzionerà fino alla fine di dicembre. Con l'inizio del nuovo anno potremo avere le prime indicazioni sicure. Tra l'altro quest'esperimento è complementare rispetto a quello di Rubbia, e quindi si avranno indizi di Z zero ancora più attendibili confrontando t risultati'. — E se Z zero non spuntasse fuori? «Sarebbe deludente, perché metterebbe in crisi una teoria che oggi è accettata dalla maggioranza dei fisici, ma sarebbe ugualmente un risultato importante, sia pure in via negativa:. In fisica c'è questo di buono: che anche se non si trova ciò che si cerca, si può scoprire ugualmente qualcosa di essenziale per la comprensione del mondo In cui viviamo. La scienza, del resto, procede più per domande che per risposte. Piero Bianucci Macchine a bersaglio fisso Bersaglio,.* Fascio ». Particelle create Rivelatori Fasci di protoni in collisione Fascio • di anti • ' «protoni ,.. -. Scontro Fascio .* t v# di protoni \ m Rivelatori Fasci di elettroni e positroni • * Fascio di \ positroni & e * « Fascio Scontro di • \ elettroni . Rivelatori I Ire tipi principali di acceleratori di particelle Interazione Forza Forte Forza Elettromagnetica Forza Debole Forza Gravitazionale Forza relativa alle basse energie 1000 100000 10 •38 Particella Mediatrice Gluone Fotone Bosone Gravitone Fenomeni in cui si manifesta Nucleo Atomo Decadimento Radioattivo Sistema Planetario Un esempio «quotidiano» di forze trasmesse tramite una particella