Buon compleanno AdA

Compie 50 anni il primo collisore di particelle che non basato sulla tecnica a bersaglio fisso. Il primo dicembre le celebrazioni a Roma

Gli acceleratori di particelle hanno guadagnato negli ultimi anni una grande popolarità anche al di fuori della comunità scientifica. Chi non ha sentito parlare del Large Hadron Collider almeno una volta ?
Strumenti di questo tipo spostano continuamente la frontiera della fisica delle particelle, permettendo di studiare fenomeni impensabili fino a pochi anni fa. Questo genere di strumenti potrebbe fornire le risposte a domande fondamentali, non solo per la fisica, come: Da dove ha origine la massa ? Esistono altre dimensioni oltre a quelle note ? Cosa sono l’energia e la massa oscura ?
Nel 1980, uno strumento della stessa famiglia permise al fisico italiano Carlo Rubia di vincere il premio nobel grazie alla scoperta dei bosoni Z e W.

Quello che non tutti sanno è l’antenato comune dei moderni collisori, noto con il nome di AdA (acronimo di Anelli di Accumulazione) nacque in Italia esattamente 50 anni fa, nei laboratori del INFN di Frascati. Gli acceleratori di particelle noti fino ad allora, funzionavano con il principio del ciclotrone, accelerando delle particelle che colpivano un bersaglio fisso (di solito una particella dello stesso tipo).

Il difetto fondamentale di questa tecnica è che gran parte dell’energia utilizzata per l’accelerazione viene sprecata. A titolo di esempio se pensiamo a un protone con un energia di 1 GeV che colpisce un protone fermo rilascia solo 0.43GeV (disperdendo circa il 57% dell’energia disponibile). Questo perché, a causa degli effetti relativistici, il protone incidente, in movimento ad alta velocità, ha una massa molto maggiore di quella del protone bersaglio e di conseguenza la particella incidente non viene fermata dall’urto, ma solo rallentata, tenendo per se gran parte dell’energia.

Una possibile soluzione è provocare uno scontro frontale tra due particelle in movimento. Ad esempio uno scontro tra due protoni con energia cinetica di 1 GeV rilascerebbe nell’urto 2 GeV, quasi 5 volte l’urto su bersaglio fermo.
L’ingegnosa idea alla base della costruzione Ada venne al fisico italo austriaco Bruno Touschek; il metodo consiste nel fare circolare lungo lo stesso anello un fascio di particelle e uno di corrispondenti antiparticelle (ad esempio elettroni e positroni). A causa del diverso segno della loro carica, particelle e antiparticelle seguono esattamente la stessa traiettoria, percorrendola però nei due versi opposti, fino al momento dell’impatto.

Con i soli 4 metri di diametro e le 8 tonnellate di peso Ada sembra poco più che un giocattolo se paragonato agli acceleratori più moderni (LHC ad esempio è all’interno di un tunnel di 27Km!) ma per il tempo fu un grande successo, in particolare se si considera che l’istituto nazionale di fisica nucleare era nato solo pochi anni prima.