La sorgente dei protoni

Corpo di mille balene, è la mappa di un tesoro. Ci sono migliaia di dobloni d'oro e pietre preziose in quantità che ci aspettano in fondo al mar dei Sargassi.

Così forse avrebbe esordito il capitano Jack Sparrow vedendo l'immagine in fotografia, ma si sarebbe sbagliato di grosso: non si tratta né di una mappa né tanto meno di un tesoro. E' uno degli oltre mille blueprint che compongono la documentazione tecnica del ciclotrone. Ad essere precisi si dovrebbe dire whiteprint, perché, come vedete, il disegno ha le linee di colore blu su fondo bianco, mentre la tecnica di blueprinting originale era esattamente il contrario. Ma tralasciamo un po' di forma per arrivare alla sostanza.

Quello che vedete in primo piano è il disegno tecnico della sorgente di ioni del nostro acceleratore e il motivo per cui si trova in questo post è che nelle ultime due settimane ci ha dato talmente tanti problemi che siamo arrivati al punto quasi di odiarla.

Da dove arrivano le particelle accelerate?

Se siete assidui lettori del nostro blog allora avrete sicuramente già sentito nominare quelle macchine, a volte dalle dimensioni esagerate, che sono gli acceleratori di particelle. Per farla molto semplice, queste non fanno altro che prendere delle particelle sub-atomiche, come i protoni, e farle correre a velocità sempre più elevate con lo scopo di farle scontrare contro un bersaglio o contro altre particelle. Ma vi siete mai domandati da dove arrivino queste particelle? Cioè dov'è che gli scienziati vanno a comprare le particelle da accelerare? In natura, di protoni liberi ce ne sono anche parecchi, sono atomi ionizzati di idrogeno, ma questi dopo poco tempo tendono a catturare dalla materia circostante un elettrone e tornare ad essere un atomo di idrogeno neutro.

In genere la soluzione a questo problema ce la offfre la fisica dei plasmi. Un plasma è uno stato della materia in cui tutti, o gran parte, degli atomi sono ionizzati, ovvero sono carichi o positivamente o negativamente. Un plasma di idrogeno è una miscela di protoni, di elettroni e di ioni idrogeno negativi. Un esempio di plasma che tutti hanno visto e possono capire è il fulmine, quella scarica elettrica che congiunge la terra alle nubi nel cielo durante i temporali. La sorgente di protoni negli acceleratori di particelle e un piccolo fulmine in regime controllato. All'interno della struttura di rame che vedete nella foto e che noi colloquialmente chiamiamo camino viene creata una colonna di gas idrogeno mentre tutto attorno all'interno del ciclotrone viene mantenuto il vuoto. Una forte differenza di potenziale crea il fulmine e in pochi istanti il gas si trasforma in plasma con tutti i suoi ioni che continuano a oscillare su è giù per il camino. Alcuni ioni attraverseranno la piccola finestrella di tungsteno - anch'essa visibile nella foto - ed inizieranno la loro folle corsa attraverso l'acceleratore fino al bersaglio.

E noi non possiamo fare altro che augurare loro buon viaggio!