L'
Organizzazione europea per la ricerca nucleare
, comunemente conosciuta con la sigla
CERN
(
AFI
:
/???rn/
[1]
; in
francese
Conseil europeen pour la recherche nucleaire
), e il piu grande
laboratorio
al mondo di
fisica delle particelle
, posto al
confine tra la Francia e la Svizzera
, alla periferia ovest della citta di
Ginevra
, nel comune di
Meyrin
. La convenzione che lo istituiva fu firmata il 29 settembre
1954
da 12 stati membri mentre oggi ne fanno parte 23 piu alcuni osservatori, compresi stati extraeuropei.
Scopo principale e quello di fornire ai
ricercatori
gli strumenti necessari per la
ricerca
in
fisica delle alte energie
ovvero principalmente gli
acceleratori di particelle
, che portano
nuclei atomici
e
particelle subnucleari
ad energie molto elevate, e i
rivelatori
che permettono di osservare i prodotti delle collisioni tra fasci di queste particelle: ad energie sufficientemente elevate, nelle collisioni vengono prodotte tantissime particelle diverse; in alcuni casi sono state scoperte in questa maniera particelle fino a quel momento ignote.
Dopo la
seconda guerra mondiale
si senti il bisogno di fondare un centro
europeo
all'avanguardia per la ricerca al fine di ridare all'Europa il primato nella fisica, dato che in quegli anni i principali centri di ricerca si trovavano negli
Stati Uniti
. A tale scopo nel
1952
dodici Paesi europei riunirono un consiglio di scienziati con il compito di tradurre in realta quel desiderio. Il consiglio venne denominato
Consiglio europeo per la ricerca nucleare
(in francese
Conseil europeen pour la recherche nucleaire
) da cui la sigla CERN. Nel
1954
prende vita il progetto del centro di ricerca europeo vagliato dal Consiglio europeo per la ricerca nucleare: nasce cosi l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, che ne eredita la sigla.
Il fatto che la sigla CERN non derivi dal nome del centro di ricerca crea a volte confusione, tanto che tale nome viene informalmente modificato in Centro europeo per la ricerca nucleare (in francese
Centre europeen pour la recherche nucleaire
) in modo da ristabilire corrispondenza tra la sigla e il nome del centro di ricerca.
Attualmente 23 paesi membri fanno parte del CERN. Il 14 dicembre
2012
le e stato riconosciuto lo
status di osservatore
dell'
Assemblea generale delle Nazioni Unite
.
Il complesso degli acceleratori del CERN.
Mappa della localizzazione dell'LHC e dell'SPS del CERN, al confine tra Francia e Svizzera.
Nel 1957 il CERN costrui il primo acceleratore, il
Sincrociclotrone
, che rimase in funzione fino al 1990.
Il complesso degli acceleratori del CERN comprende 7 acceleratori principali, costruiti in vari periodi a partire dalla fondazione dell'istituto. Fin dal principio, e stato previsto che ogni nuova e piu potente macchina avrebbe utilizzato le precedenti come "iniettori", creando una catena di acceleratori che porta gradualmente un fascio di particelle ad energie sempre piu elevate. Per consentire il funzionamento di questa catena, tutte le funzioni degli acceleratori sono coordinate da un unico segnale di riferimento, generato da un sistema di
orologi atomici
e distribuito per tutta l'installazione, con una precisione dell'ordine del
nanosecondo
.
Gli acceleratori principali a disposizione del CERN sono, in ordine dall'anello principale di collisione fino alla sorgente iniziale delle particelle a bassa energia:
- Il
Large Hadron Collider
(LHC), entrato in funzione il 10 settembre
2008
dopo lo smantellamento del
Large Electron-Positron Collider
(LEP). Si estende su una circonferenza di 27 chilometri ed e stato inizialmente progettato per accelerare fino a un massimo di 7
TeV
-protone equivalenti di energia; permettendo di studiare le particelle elementari in condizioni sperimentali paragonabili a quelle dei primi momenti di vita dell'Universo, subito dopo il
Big Bang
.
- Il
Super Proton Synchrotron
(SPS), un acceleratore circolare di 2 km di diametro che alimenta l'LHC con gli ioni piombo, costruito in un tunnel, che ha iniziato a funzionare nel
1976
. Attualmente porta ad una energia equivalente a quella di un protone da
450
GeV
, ma e stato potenziato piu volte partendo con 300 GeV-protone. Oltre ad avere una propria linea di fascio rettilinea per esperimenti a bersaglio fisso, ha funzionato come
collisore
protone
-
antiprotone
e come stadio finale di accelerazione per gli
elettroni
e i
positroni
da iniettare nel LEP. Ha ripreso questo ruolo per i protoni e gli ioni piombo immessi nell'LHC.
- Il
Proton Synchrotron
(PS), costruito nel
1959
, un
sincrotrone
con una circonferenza di 628.3 m in grado di accelerare
protoni
fino a
28
GeV
, oltre a tutta una serie di particelle accelerate per diversi esperimenti. In particolare riceve
protoni
dal Proton Synchrotron Booster e ioni di
piombo
dal Low Energy Ion Ring.
- Il
Proton Synchrotron Booster
, costituito da 4
sincrotroni
sovrapposti con un raggio di 25 m, aumenta l'energia delle particelle generate dai LINAC prima di iniettarle nel PS. Viene inoltre utilizzato per esperimenti separati, come ad esempio
ISOLDE
, che studia
nuclei
instabili di
isotopi
molto pesanti.
- Il
Low Energy Ion Ring
(LEIR), che accelera fasci di
ioni
di
piombo
fino a
72
MeV
per nucleone, ha iniziato a lavorare nel
2010
nella catena di pre-accelerazione dell'LHC.
- Due
LINAC
, o
acceleratori lineari
, che generano particelle a bassa energia, successivamente immesse nel PS Booster. Sono noti come LINAC2 e LINAC3 e raggiungono i 50
MeV
-protone, ovvero ioni pesanti da 4.2
MeV
per nucleone rispettivamente. Tutta la catena di acceleratori successiva dipende da queste sorgenti.
La costruzione del rilevatore
CMS
Gran parte del lavoro che viene svolto attualmente al CERN di Ginevra e incentrato sul
Large Hadron Collider
(LHC), messo in funzione il 10 settembre
2008
,
[2]
e agli esperimenti collegati.
L'acceleratore e situato all'interno dello stesso tunnel circolare di 27 km di lunghezza in precedenza utilizzato dal LEP (
Large Electron-Positron Collider
), che non e piu operativo dal novembre
2000
. Il complesso di acceleratori del CERN viene utilizzato per pre-accelerare gli
adroni
(protoni o ioni di piombo) che in seguito vengono immessi nell'LHC. Il tunnel si trova a circa 100 m di profondita, in una regione compresa tra l'aeroporto di
Ginevra
e il
massiccio del Giura
. Attualmente sono in funzione cinque diversi esperimenti (
CMS
,
ATLAS
,
ALICE
,
LHCb
e
TOTEM
), ognuno dei quali studia le collisioni tra particelle con metodi diversi e facendo uso di tecnologie differenti.
Al momento della collisione, l'energia dei protoni all'interno dell'LHC raggiunge valori che saranno gradualmente innalzati fino a 14 TeV. L'acceleratore necessita di un fortissimo campo magnetico per mantenere il fascio nella traiettoria dei 27 km e a tal fine viene utilizzata la tecnologia dei magneti
superconduttori
. La progettazione dell'LHC ha richiesto una precisione straordinaria, tanto da rendere necessario tenere conto dell'influenza della forza di attrazione gravitazionale esercitata dalla
Luna
sulla crosta terrestre e dei disturbi elettrici provocati dal passaggio dei treni in superficie ad un chilometro di distanza.
Il tunnel del LEP oggi sede dell'LHC
Il
Large Electron-Positron (LEP) collider
e stato il progetto principale al CERN dal
1989
al
2000
, predecessore dell'attuale LHC.
Questa macchina e stata in grado di accelerare
elettroni
e
positroni
fino a 100
GeV
.
L'obiettivo del progetto LEP, che lo ha accompagnato fino alla fine del
1995
, e stato studiare il
bosone
Z
0
prodotta nelle collisioni tra
elettroni
e
positroni
: successivamente l'energia e stata gradualmente aumentata per studiare la produzione di coppie di
bosoni
W
+
e W
-
, e per portare avanti la ricerca del
bosone di Higgs
(fallita: l'energia della particella e risultata a posteriori piu elevata del limite massimo del LEP) e di nuovi fenomeni al di la del
Modello standard
.
I principali risultati sperimentali di LEP sono stati:
- dimostrare l'esistenza di sole 3 famiglie di neutrini;
- verificare la possibile esistenza del
bosone Higgs
;
- studiare approfonditamente il
bosone Z
0
responsabile dell'
interazione debole
;
- misurare la massa del
bosone W
;
- misurare la massa del
quark top
tramite correzioni radiative.
Il tunnel sotterraneo di 27 km, a circa 100 metri di profondita che ora ospita LHC e stato costruito per il LEP e insieme al LEP.
Come tutti i collider, il LEP era composto da magneti collegati in grado di curvare la traiettoria delle particelle accelerate mantenendole in "orbita" nel tubo a
vuoto
che li attraversava al centro. A intervalli regolari, tra questi magneti noti come
dipoli
, erano interposte le
cavita a radiofrequenza
che acceleravano le particelle e magneti piu complessi necessari per guidare il fascio (
quadrupoli
, sestupoli, ecc.).
Particolare dell'esperimento
AWAKE
- CLOUD
(
Cosmics Leaving OUtdoor Droplets
) e un esperimento che ha lo scopo di studiare le relazioni tra
raggi cosmici galattici
e
aerosol atmosferico
in condizioni controllate.
[3]
L'esperimento ha iniziato a operare nel novembre
2009
[4]
.
- ISOLDE
(
Isotope Separator On Line DEvice
) e un laboratorio in cui vengono prodotti
nuclei atomici
radioattivi
di
isotopi
pesanti, inviando protoni ad alta energia su targhette fisse di differenti elementi chimici, per studiarne le proprieta atomiche e nucleari e i possibili decadimenti esotici.
- AD (
Antiproton Decelerator
) e un
anello di accumulazione
che viene utilizzato per rallentare gli
antiprotoni
, successivamente inviati agli esperimenti che studiano l'
antimateria
e in particolare l'
anti-idrogeno
.
- ALPHA
[5]
Finalizzato allo studio delle simmetrie tra materia e antimateria sfruttando le caratteristiche spettrali dell'idrogeno; in dicembre 2016 e stata ottenuta la prima riga spettrale di un atomo di anti-idrogeno.
[6]
- AWAKE
esperimento che indaga l'accelerazione del plasma wakefield usando un insieme di protoni come guida.
Alcuni importanti successi nel campo della fisica delle particelle sono stati possibili grazie agli esperimenti del CERN:
Il computer
NeXT
di
Tim Berners-Lee
che divenne il primo
server web
, esposto nel
Globo della Scienza e dell'Innovazione
del CERN.
Il primo computer arrivo al CERN nel
1959
, da allora i fisici cominciarono ad avvalersi di strumenti informatici. Per la fisica comincio una nuova era di ricerca in cui gli esperimenti producevano una mole di dati tale da rendere impossibile la sola elaborazione umana. I fisici cominciarono a utilizzare su larga scala calcolatori e software per filtrare ed elaborare la montagna di dati alla ricerca degli eventi ritenuti significativi per l'esito degli esperimenti.
Successivamente si sperimento il collegamento di piu calcolatori fra di loro: fu la volta della prima
rete di computer
. Nacque al CERN uno dei centri di calcolo piu potenti, dedicato alle richieste sempre piu esigenti dei nuovi esperimenti e della capacita sempre piu spinta di
acquisizione dati
delle strumentazioni collegate ai nuovi acceleratori.
Immagine del primo
browser web
.
Il
World Wide Web
e nato al CERN nel
1989
, da un'idea di
Tim Berners-Lee
e
Robert Cailliau
. Nacque come progetto marginale nel
1980
chiamato
ENQUIRE
basato sul concetto dell'
ipertesto
(anche se Berners-Lee ignorava ancora la parola ipertesto). Con lo scopo di scambiare efficientemente dati tra chi lavorava a diversi esperimenti e stato introdotto al CERN nel
1989
con il progetto
WorldWideWeb
, il primo browser sviluppato sempre da Berners-Lee. Inoltre Tim Berners-Lee sviluppo le infrastrutture che servono il Web e cioe il primo
server web
(funzionante con linguaggio
HTML
e protocollo
HTTP
).
Il 30 aprile
1993
il CERN annuncio che il World Wide Web sarebbe stato libero per tutti.
[7]
Nel
1993
la
NCSA
rilascio il primo
browser
grafico,
Mosaic
: da quel momento lo sviluppo del
www
fu inarrestabile.
Il 12 giugno 2019 il CERN annuncio l'avvio del progetto
MAlt
(Microsoft Alternatives project): lo sviluppo di un software open source, mirato a sostituire il software di Microsoft. Gli scopi dell'iniziativa sono: evitare i costi divenuti insostenibili, riprendere il controllo del software di base, evitare la dipendenza da un fornitore.
Il CERN nel corso degli anni ha allestito musei e spazi espositivi con lo scopo di mostrare ai visitatori scopi, esperimenti e attrezzature del centro di ricerca. Gli spazi espositivi attualmente esistenti sono il
museo Microcosm
e il
Globo della Scienza e dell'Innovazione
.
Nell’aprile 2019 la direttrice
Fabiola Gianotti
, il presidente di FCA
John Elkann
e l’architetto
Renzo Piano
hanno presentato Science Gateway: un nuovo centro espositivo dedicato alla divulgazione scientifica che avrebbe dovuto essere inaugurato nel 2022,
[8]
quindi l'inaugurazione e avvenuta il 7 ottobre 2023.
[9]
Al CERN persone da tutte le parti del mondo si incontrano, collaborano, discutono. Riescono a lavorare insieme persone provenienti da paesi in guerra tra loro, ad esempio israeliani e palestinesi. In questo senso il CERN e un
laboratorio di pace
. L'art. 11 della sua Convenzione recita:≪L'Organizzazione non si occupera di lavori connessi a richieste di carattere militare, e i risultati del suo lavoro sperimentale e teorico saranno pubblicati o resi in altro modo generalmente accessibili.≫
[10]
≪Il CERN e stato fondato meno di 10 anni dopo la costruzione della
bomba atomica
. Penso che l'esistenza della bomba abbia avuto una grande importanza nel rendere possibile il CERN. L'Europa e stata teatro di violente guerre per piu di duecento anni. Adesso, con la fondazione del CERN, abbiamo qualcosa di diverso. Spero che gli scienziati al CERN si ricordino di avere anche altri doveri oltre che proseguire la ricerca nella fisica delle particelle. Essi rappresentano il risultato di secoli di ricerca e di studio per mostrare il potere dello spirito umano, quindi mi appello a loro affinche non si considerino tecnici, ma guardiani di questa fiamma dell'unita europea, cosi che l'Europa possa salvaguardare la pace nel mondo.≫
Attualmente fanno parte del CERN 23 stati membri.
[
Il Kosovo e indipendente dal 2008
]
I 12 paesi fondatori del CERN sono:
A questi si sono successivamente aggiunti:
Austria
nel
1959
,
Spagna
nel
1961
, esce dal CERN nel
1969
e ci rientra nel
1983
Portogallo
nel
1985
,
Finlandia
nel
1991
,
Polonia
nel
1991
,
Ungheria
nel
1992
,
Rep. Ceca
nel
1993
,
Slovacchia
nel
1993
,
Bulgaria
nel
1999
,
Israele
nel
2013
,
Romania
nel
2010
,
Serbia
nel
2018
.
Stato membro
|
Contributo
|
Mio.
CHF
|
Mio.
EUR
|
Germania
|
19,74 %
|
218,6
|
144,0
|
Francia
|
15,34 %
|
168,7
|
111,2
|
Regno Unito
|
14,70 %
|
161,6
|
106,5
|
Italia
|
11,51%
|
156,5
|
93,4
|
Spagna
|
8,52 %
|
93,7
|
61,8
|
Paesi Bassi
|
4,79 %
|
52,7
|
34,7
|
Svizzera
|
3,01 %
|
33,1
|
21,8
|
Polonia
|
2,85 %
|
31,4
|
20,7
|
Belgio
|
2,77 %
|
30,4
|
20,1
|
Svezia
|
2,76 %
|
30,4
|
20,0
|
Norvegia
|
2,53 %
|
27,8
|
18,3
|
Austria
|
2,24 %
|
24,7
|
16,3
|
Grecia
|
1,96 %
|
20,5
|
13,5
|
Danimarca
|
1,76 %
|
19,4
|
12,8
|
Finlandia
|
1,55 %
|
17,0
|
11,2
|
Rep. Ceca
|
1,15 %
|
12,7
|
8,4
|
Portogallo
|
1,14 %
|
12,5
|
8,2
|
Ungheria
|
0,78 %
|
8,6
|
5,6
|
Slovacchia
|
0,54 %
|
5,9
|
3,9
|
Bulgaria
|
0,22 %
|
2,4
|
1,6
|
Cambio: 1 CHF = 1,05 EUR (19/02/2024)
Il mandato dei direttori generali in genere dura 5 anni a partire dal 1º gennaio.
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Luciano Canepari
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Elena Dusi,
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Gianluca Dotti,
Tutto su Science Gateway, il nuovo spazio immersivo del Cern dedicato alla divulgazione scientifica
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Pietro Greco,
Fisica per la pace. Tra scienza e impegno civile
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ISBN 978 88 430 8578 1
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Sito ufficiale
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YouTube
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Treccani.it ? Enciclopedie on line
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