Il progetto ATLAS viene approvato ufficialmente nel 1995 dalle Nazioni aderenti al CERN, tra le quali l’Italia. Man mano che l’esperimento prosegue la collaborazione si estende sino a coinvolgere 34 Paesi, con 151 Istituzioni e circa 2.000 tra scienziati e ingegneri che vi dedicano le loro forze: il più grande team mai messo insieme per uno studio di fisica. Si prevede che diventi operativo entro il 2007.
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) è uno dei cinque detector (gli altri sono ALICE, CMS, TOTEM e LHCb) previsti nell’ambito dell’LHC (Large Hadron Collider), il nuovo acceleratore di particelle, un anello con diametro di 27 km., costruito ad una profondità di 100 metri in un’area al confine tra Francia e Svizzera.
La funzione dell’acceleratore è quella di produrre fasci di protoni ed elettroni ad un livello sempre crescente di energia, mentre i detector posizionati lungo la traiettoria hanno ciascuno una funzione specifica nel misurare il complesso di interazioni prodotte dalle collisioni tra fasci di particelle ad alta energia, rilevando le tracce lasciate dallo scontro grazie a super-magneti.
L’insieme formato da acceleratore e detector può essere paragonato a un enorme microscopio che consente di vedere all’interno dei nuclei atomici l’attività di particelle dalle dimensioni minuscole. Alcune particelle hanno vita troppo breve per essere individuate, per questo si punta l’obiettivo sui prodotti del loro decadimento, che rimangono attivi per un tempo più lungo.
Dall’esperimento ATLAS ci si aspetta la misurazione di fenomeni che coinvolgono particelle con massa pesante, non rilevabili utilizzando i vecchi acceleratori, al fine di ottenere la prova sperimentale delle più avanzate teorie fisiche appartenenti al cosìdetto Modello Standard. In particolare ci si aspetta di riuscire ad avere la conferma dell’esistenza del bosone di Higgs, la chimera delle più moderne teorie di fisica nucleare, la cui esistenza non è mai stata osservata direttamente, ma è prevista dai modelli teorici per spiegare la massa caratteristica di alcune particelle. Il bosone di Higgs dovrebbe essere rilevato osservando le particelle nelle quali esso decade; le più facili da osservare sono: due fotoni, due “bottom quark” o quattro leptoni. L’altro campo di investigazione per il quale potrà dimostrarsi utile ATLAS è un altro dei grandi misteri che affascinano i fisici: quello relativo alla impossibilità di rintracciare la presenza di antimateria nell’Universo. Esiste anche la possibilità remota che l’LHC produca dei microscopici Buchi Neri che potrebbero decadere immediatamente lasciando però una traccia, le radiazioni di Hawking, che verrebbero rilevate da ATLAS.
ATLAS è stato progettato per rilevare il range più ampio possibile di segnali, in modo da poter misurare le proprietà di qualsiasi forma di processo fisico o di particelle si possa generare, con precisione molto più elevata rispetto a quanto fatto sinora. All’interno di esso si verificheranno circa un miliardo di collisioni tra due particelle elementari ogni secondo, il che equivale a venti conversazioni telefoniche simultanee di ciascun abitante della Terra. Di conseguenza ATLAS è il più grande e complesso detector mai costruito; le sue dimensioni sono impressionanti con un’altezza pari a un palazzo di cinque piani, una lunghezza di 45 metri e un diametro di 25 metri, il tutto con un peso di circa 7.000 tonnellate. La forma è cilindrica perché durante la collisione le particelle vengono irradiate in ogni direzione a 360 gradi.
Il detector ATLAS è composto da una serie di cilindri concentrici, costruiti intorno al punto in cui i fasci di protoni che arrivano dall’LHC entrano in collisione. La sua struttura è suddivisa in quattro parti fondamentali: il Detector Centrale (Inner Detector), la cui funzione è quella di di individuare le particelle rivelando i dettagli sulla loro tipologia e il loro momento, il Sistema Magnetico che esercitando un forte campo magnetico induce le particelle a curvare consentendo di misurarne la carica e il momento; il Calorimetro che misura l’energia delle particelle e lo Spettrometro per i Muoni, che produce ulteriori analisi e misurazioni sui muoni ad alta penetrazione. In particolare il sistema magnetico prevede un solenoide che produce un campo magnetico di 2 tesla che circonda il Detector Centrale. Il campo magnetico toroidale esterno è generato da otto barre di superconduttori e ha una dimensione di 26 metri di lunghezza, 20 metri di diametro e la possibilità di immagazzinare 1,2 gigajoules di energia.
I milioni di dati rilevati da ATLAS vengono processati grazie a un software che ha richiesto anni di lavoro per essere messo a punto.
Per approfondimenti: http://atlas.ch/index.html