Al'inizio del 1954, pochi mesi prima di morire, Enrico Fermi immaginò, nel corso di una conferenza, l'acceleratore di particelle “definitivo”, un anello di 50mila chilometri orbitante attorno alla Terra, che avrebbe dovuto raggiungere energie strabilianti. Oggi, energie simili sono diventate realtà grazie al più potente acceleratore del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra, che ha una circonferenza di “appena” 27 chilometri. Ciò che ha permesso di realizzare il sogno di Fermi è stata una nuova concezione delle macchine acceleratrici, proposta mezzo secolo fa da un geniale fisico italo-austriaco, Bruno Touschek.

Mentre negli acceleratori di tipo tradizionale, come quello a cui pensava Fermi, il fascio di particelle viene inviato su un bersaglio fisso, nei collisori inventati da Touschek due fasci di particelle circolano in direzione opposta e si scontrano frontalmente, massimizzando così l'energia utile. L'Lhc, in cui collidono fasci di protoni, è l'ultimo erede della tradizione inaugurata da Touschek e collaboratori nel 1961, ai laboratori di Frascati dell'Infn (l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), con una macchina di un metro e mezzo di diametro che faceva collidere elettroni e positroni, la mitica AdA (Anello di Accumulazione).

Dagli anni Sessanta a oggi lenergia degli acceleratori è cresciuta di parecchi ordini di grandezza, e l'ultimo record è stato battuto ieri dall'Lhc, che, dopo due anni di miglioramenti tecnologici, ha ripreso a funzionare all'energia di 13 TeV (tredicimila miliardi di elettronvolt), la più alta mai raggiunta, quasi il doppio di quella con cui lo stesso Lhc aveva scoperto nel 2012 il bosone di Higgs.

Ma perché abbiamo bisogno di energie sempre più alte? La risposta sta nella relatività e nella meccanica quantistica. La prima ci dice che l'energia delle particelle collidenti si converte in massa delle particelle prodotte, e quindi per produrre particelle più pesanti serve maggiore energia. La seconda ci dice che gli acceleratori sono una sorta di microscopi dell'infinitamente piccolo, perché le particelle si comportano come sonde, il cui potere di risoluzione è proporzionale all'energia: maggiore è l'energia di una particella, più piccola è la regione di spazio che essa ci permette di esplorare.

L'obiettivo dell'Lhc è quello di produrre particelle più pesanti e di esplorare spazi più piccoli, alla ricerca di una “nuova fisica”, cioè di fenomeni non previsti dal Modello Standard, l'attuale teoria delle particelle e delle forze fondamentali. L'attenzione è rivolta soprattutto alla supersimmetria, una nuova simmetria della natura, che potrebbe manifestarsi attraverso particelle che sono alla portata dell'Lhc. Oltre a vari pregi teorici (legati all'unificazione delle forze di natura e al superamento di alcune difficoltà concettuali del Modello Standard), la supersimmetria fornirebbe anche le particelle giuste per risolvere uno degli enigmi più appassionanti della fisica, quello della materia oscura – la materia che non vediamo, perché non emette né assorbe luce, ma che è molto più abbondante della materia ordinaria.

Gli esperimenti dell'Lhc (che coinvolgono circa 1500 ricercatori e tecnici dell'Infn) cominciano dunque la loro seconda stagione. La speranza di tutti è che, dopo le conferme, arrivino adesso le novità e le sorprese.

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