Ricetta per creare neutrini

Introduzione:Il neutrino e’ una delle particelle piu’ affascinanti. La possibilita’ di un fascio di neutrini di attraversare tutta la terra da parte a parte ha reso possibile il famoso esperimento del Gran Sasso in cui un rivelatore in una caverna sotterranea riesce a intercettare i neutrini inviati dal laboratorio del Cern a quasi 1000 Km di distanza.
Ma come fa il Cern a creare questo fascio di neutrini?

Cose da fare:  E’ un video in una pagina di spiegazione (in Inglese). Attivate il video.

Cosa succede: ll neutrino e’ una delle particelle piu’ abbondanti nell’Universo. Ma per inviarli al Gran Sasso non si puo procedere come per i protoni partendo da una “bottiglia” di idrogeno i cui atomi vengono ionizzati e quindi accellerati. I neutrini in natura sono inafferrabili come fantasmi che vivono in parallelo con le normali particelle.Allora come fare per creare un fascio ben collimato che viaggi in linea retta fino al bersaglio? Il trucco e’ di accellerare dei normalissimi protoni fino alle energie desiderate e poi facendoli urtare contro un bersaglio fisso creare delle particelle che si trasformano in neutrini! Come potete immaginare ricordando cosa succede se si urta una palla da biliardo ferma con una in moto, i neutrini cosi’ creati avranno esattamente le caratteristiche desiderate se noi inviamo le particelle “madri” verso il lontano bersaglio del Gran Sasso!

Come mostra il video la tecnica usata e’ estremamente semplice. Basta inviare un fascio di protoni ( i nuclei dell’idrogeno) contro un bersaglio di grafite e tra i prodotti dell’urto si ottiene un fascio contenente tra l’altro pioni positivi e negativi. Ambedue queste particelle decadono dopo un breve percorso in un neutrino e un muone. Si tratta di selezionare i soli pioni positivi (prima che decadano) e poi eliminare i muoni. Per il primo filtro basta usare un marchingegno basato sui magneti (qui lo chiama corno magnetico): infatti le particelle cariche sono deviate da un magnete in direzioni diverse a seconda della carica. Dopo che il pione si e’ trasformato in muone e neutrino basta far passare i 2 attraverso un poderoso sbarramento che blocca il primo ma lascia inalterato il secondo. Da notare che il neutrino non lascia nessuna traccia. Solo creando fasci molto intensi e inviandoli su appositi rivelatori di grandi dimensione e sensibilita’, possiamo sperare di intercettare ogni tanto una delle particelle fantasma. Infatti anche inviando fasci intensissimi di oltre un trilione di neutrini al secondo ci dobbiamo accontentare di un migliaio di interazioni all’anno!

Visto che da ogni direzione, provenienti dallo spazio, arrivano in continuazione un numero enorme di neutrini (e antineutrini), come fa il rivelatore del Gran Sasso a sapere che si tratta proprio di un neutrino del Cern. E’ il tempo a dircelo oltre che la direzione. I neutrini non sono rallentati da ostacoli e arrivano puntuali alla velocita’ della luce. Sono cosi’ puntuali che quelli del Gran Sasso hanno pensato di usarli per verificare la velocita’ della luce! Quindi tra le pochissime reazioni che abbiamo nel rivelatore scegliamo solo quelle avvenute nel brevissimo intervallo temporale in cui deve essere arrivato il fascio fantasma. Elementare Watson…

Un’ultima constatazione: dato che i protoni e la grafite sono a disposizione di tutti, possiamo applicare la ricetta a casa? Ad esempio costruire un piccolo marchingegno come un televisore a tubo catodico (che crea fasci di elettroni sparandoli sul bersaglio schermo per creare fotoni (particelle di luce). Ahime no: il motivo e’ che dobbiamo produrre pioni che hanno una massa circa di 1/4 di quella del protone (mentre il fotone ha massa 0). Questo ci impone di accellerare i protoni a energie superiori (di parecchio) a mc2 (secondo la famosa formula di Einstein). Questo richiede un discreto anello necessario ad accellerare i protoni! Non grande quanto LHC che per produrre il bosone di Higgs (circa 500 volte piu’ grande di un pione) ha bisogno di un tunnel di 27 Km per di piu’ raffreddato a temperature vicino allo zero assoluto (il freddo serve a usare spire superconduttrici che permettono di avere maggiore corrente e quindi piu’ accelerazione). A occhio e croce avreste bisogno almeno di un anello di 27000m/500= 54m !

Commenti:Un narratore di fantascienza di cui non ricordo il nome ha scritto un romanzo in cui un mondo parallelo fatto di neutrini esiste all’interno del nostro mondo senza interagire in nessun modo con noi.Gli abitanti di questo mondo si muovono come fantasmi tra di noi.

Altri applet di particelle elementari .

Il materiale ha come indirizzo http://www.symmetrymagazine.org/article/november-2012/how-to-make-a-neutrino-beam

© 2012 symmetry
Titolo in inglese : How to make a neutrino beam

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