Data la natura della domanda cercherò, nello stilare la risposta, di raccogliere quante più informazioni possibili senza creare confusione ma senza neanche scendere troppo nel dettaglio: se poi si vuole approfondire qualcosa lo si potrà sempre fare in seguito.
GETTING START: LHC?
Il Large Hadron Collider è un acceleratore di particelle attualmente attivo presso il CERN di Ginevra;
questo video renderà meglio l’idea degli esperimenti che conducono (anche se in chiave divertente è fedelissimo alla realtà):
Quindi, LHC è un acceleratore circolare del diametro di 27 km, lungo i quali si trovano i rivelatori usati per i diversi esperimenti condotti, e sono:
- ALICE – qui si studiano le collisioni tra i nuclei di piombo;
- ATLAS – qui si riesce a calcolare e rivelare le traiettorie delle particelle, nonché la loro velocità e il tipo di particelle prodotte dagli urti di adroni;
- CMS – è un rivelatore di particelle capace di vedere muoni, fotoni ed elettroni ed usato principalmente per l’osservazione del bosone di Higgs;
- LHCb – si propone di misurare le differenze tra materia e antimateria all’interno di LHC;
- LHCf – è un rivelatore che si occupa dei raggi cosmici;
- TOTEM – è dedicato a misurare la probabilità e le modalità di urti tra adroni;
- GRID – cervello e cuore informatico di tutto l’esperimento.
HI-TECH
Per capire cosa si osserva e come lo si osserva bisogna tenere a mente due questioni importanti:
1. In LHC non riveliamo le particelle a cui siamo interessati, bensì i loro decadimenti in quanto, trattandosi di particelle a vita media molto corta queste, una volta prodotte, non arriverebbero neanche ai primi strati dei rivelatori;
2. le particelle stabili (nel senso che hanno una vita media abbastanza lunga da permettergli di attraversare tutti i livelli dei rivelatori) prodotte sono ben poche e sono elettroni, neutrini, fotoni, muoni, qualche tipo di adrone…
Ora, la struttura dei rivelatori in uso in LHC è costruita ad hoc in modo da poter vedere le particelle (e calcolarne energia, carica, posizione e momento) sopra elencate: ognuna di queste particelle, quando interagisce con la materia, lascia una firma particolare intorno alla quale sono costruiti i relativi rivelatori:
Quindi, dalla natura delle particelle rivelate, si hanno i relativi rivelatori:
CALORIMETRO: questo è uno strumento che misura l’energia delle particelle che lo attraversano tramite lo sviluppo di sciami di particelle al suo interno: la particella entra, rilascia tutta o parte della sua energia, dà vita ad uno sciame di particelle che depositano la loro energia nel rivelatore;
ne esistono di vari tipi e qui troviamo quelli ELETTROMAGNETICI, usati per individuare quelle particelle che interagiscono per via elettromagnetica e quelli ADRONICI per rivelare quelle particelle che interagiscono attraverso l’interazione forte.
TRACKER: questa sezione comprende tutta la gamma di rivelatori usati per vedere i fotoni, come ad esempio gli SCINTILLATORI (composti da, appunto, cristalli scintillanti come lo Ioduro di Sodio) o anche i rivelatori a STATO SOLIDO (come ad esempio i fotomoltiplicatori al silicio e tanti altri).
Con le relative modifiche, con questi strumenti è possibile vedere anche i muoni, come è possibile vederli anche con MATERIALI FLUORESCENTI.
Per quanto riguarda la seconda parte della domanda: in LHC sostanzialmente non vengono effettuate misure di tipo quantistico in quanto viene rivelata l’energia delle particelle di interesse come allo stesso modo possono anche essere misurati il momento, la carica, lo spin, etc… con metodi che esulano l’uso approfondito della meccanica quantistica (l’energia è depositata direttamente sui rivelatori, quindi vediamo anche la carica, mentre lo spin, ad esempio, viene calcolato.