Acceleratori di particelle

Che cosa sono e come funzionano?

Gli acceleratori di particelle sono macchine complesse che utilizzano campi elettrici e magnetici per accelerare le particelle, creati con lo scopo di analizzare i costituenti più piccoli della materia. Il primo fu creato da Van de Graff nel 1931, per studiare la fissione nucleare in laboratorio. Ce ne sono di due tipi lineari e circolari, nel primo caso la particella viene sparata in modo lineare, mentre nel secondo la particella viene fatta girare velocemente. Tutti si basano sugli stessi principi di funzionamento, ma differenziano per tipo di particelle accelerate e per utilizzo. In un acceleratore, sono i campi elettrici quelli che forniscono energia alla particella, aumentandone la velocità, mentre i campi magnetici sono utilizzati per controllarla nella traiettoria voluta. Le particelle sono contenute in un tubo dove è stato fatto il vuoto, per evitare che queste si scontrino con gli atomi dell’aria.

Potendo accelerare qualsiasi particella microscopica carica (elettroni, protoni ma anche ioni), sono uno strumento estremamente versatile. Gli acceleratori sono usati nella ricerca in fisica delle particelle dagli anni ’30 del secolo scorso, ma non solo la maggior parte sono utilizzati nell’industria (soprattutto elettronica), negli ospedali (radioterapia), e nei beni culturali.

I laboratori nazionali di Frascati (LNF) sono stati costruiti nel 1955 sono stati la prima struttura di ricerca italiana per lo studio della fisica nucleare e subnucleare con macchine acceleratrici e sono il più grande laboratorio dell’INFN, istituto nazionale di fisica nucleare, ente pubblico la cui missione è la ricerca teorica, sperimentale e tecnologica, nel campo della fisica subnucleare, nucleare e astroparticellare. La caratteristica principale dei LNF consiste nella capacità di costruire gli acceleratori di particelle. dopo la costruzione di 1.1 GeV, AdA (1961) ed ADONE (1969) arriva DAφNE.

L’acceleratore DAφNE

Dafne è il collisore attualmente in funzione a Frascati. L’acceleratore è composto da 2 anelli lunghi circa 100 metri, in cui circolano fasci ad alta intensità di elettroni e positroni che si incrociano in due possibili punti d’ interazione, di cui uno attualmente utilizzato intorno al quale è installato il rivelatore dell’esperimento KLOE-2. Attualmente DAFNE sta fornendo dati all’ esperimento KLOE-2, che ha un programma di ricerca di primo piano riguardante lo studio delle simmetrie fondamentali delle particelle elementari. Mentre si producono eventi di fisica per l’esperimento KLOE-2 la radiazione di sincrotrone emessa dal fascio di elettroni va ad alimentare un articolato laboratorio dedicato alla spettroscopia con luce di sincrotrone, DAFNE-L: DAFNE è ufficialmente parte delle infrastrutture Europee per ricerche con luce di sincrotrone. Nel prossimo futuro, al termine del programma sperimentale di KLOE-2, si pensa di installare nell’acceleratore una nuova versione potenziata del rivelatore SIDDHARTA per intraprendere una nuova eccitante campagna di studi riguardanti le proprietà ancora non completamente svelate dei nuclei atomici. Nel 2007, su DAFNE, è stato realizzato e provato per la prima volta al mondo un nuovo metodo per rendere più efficiente le collisioni tra elettroni e positroni. Il nuovo schema di collisione chiamato “Crab Waist Collision Scheme” ha consentito di migliorare considerevolmente le prestazioni dell’acceleratore stesso. Questa attività di ricerca e sviluppo nel campo della fisica degli acceleratori ha avuto vasta eco internazionale: al momento esistono progetti e macchine in via di realizzazione che includono il Crab Waist come elemento essenziale.