Alla ricerca dei bosoni vettori intermedi di David B. Cline, Carlo Rubbia e Simon van der Meer

8/12/2019 Alla ricerca dei bosoni vettori intermedi di David B. Cline, Carlo Rubbia e Simon van der Meer

1/7

LE SCIENZESCIENTIFIC_OIERICANnumero 165maggio 1982anno xvvolume xxvin

Alla ricerca dei bosonivettori intermedi

probabile che presto queste particelle pesanti, previste dallateoria come portatrici della forza nucleare debole, possano venirrivelate fra i frammenti di collisioni tra protoni e antiprotoni

di David B. Cline, Carlo Rubbia e Simon van der Meer

no dei maggiori risultati conse-guiti dalla fisica moderna negliultimi 15 anni circa stato losviluppo di una nuova classe di teorieunificate per la descrizione delle forzeagenti tra le particelle elementari. Primadell'introduzione di queste teorie lequattro forze osservabili della naturasembravano del tutto indipendenti unadall'altra. La forza elettromagnetica re-gola le interazioni di particelle elettrica-mente cariche; la forza nucleare debole responsabile di processi quali il decadi-mento beta di un nucleo atomico radioat-tivo; la forza nucleare forte tiene assiemeil nucleo, mentre la gravit tiene assiemel'universo. Quella di maggior successotra le nuove teorie sancisce un legame trala forza elettromagnetica e quella debo-le, suggerendo che esse siano semplice-mente manifestazioni differenti di unasola forza fondamentale.La teoria unificata elettrodebole sta peressere sottoposta a una verifica sperimenta-le decisiva. Una sua previsione fondamen-tale, infatti, l'esistenza di tre particellepesanti chiamate bosoni vettori intermedi(in inglese chiamati anche weakon, daweak, debole). Il primo acceleratore almondo con energia sufficiente a creare taliparticelle stato ultimato da poco pressol'Organizzazione Europea per le RicercheNucleari (CERN) di Ginevra. Questo acce-leratore, che era stato costruito originaria-mente per lanciare protoni di alta energia

contro un bersaglio fisso, ora stato adatta-to a un nuovo modo di funzionamento, nelquale protoni e antiprotoni si scontranofrontalmente.Se i bosoni vettori intermedi esistono ese hanno le propriet loro attribuite dallateoria elettrodebole, dovremmo poteressere presto in grado di rivelarli. In que-sto momento costituiscono il trofeo piambito di tutta la fisica e la loro scopertaporrebbe termine a una ricerca iniziatapi di 40 anni faSecondo l'interpretazione pi accredi-tata delle interazioni tra particelle ele-mentari, la trasmissione di una forza tradue particelle avviene con lo scambio diuna terza particella intermedia. Una taledescrizione l'essenza di una t eoria quan-tistica dei campi. Per spiegare come leparticelle possano interagire a distanza necessario il concetto di un campo che siestende nello spazio; e si tratta di un cam-po quantistico perch descritto da unitdiscrete, cio le particelle intermedie.Nelle interazioni elettromagnetica e de-bole la particella scambiata un membrodella famiglia detta dei bosoni vettori.Questo termine si riferisce a una classifi-cazione delle particelle secondo una delleloro pi fondamentali propriet: il mo-mento angolare di spin. Un bosone(chiamato cos dal nome del fisico indianoS. N. Bose) una particella il cui spin, semisurato in unit fondamentali, un inte-ro, come 0, 1 o 2. Il termine vettore

designa un bosone il cui valore di spin uguale a 1.Nel caso dell'elettromagnetismo il bo-sone vettore scambiato il fotone, ilpacchetto d'onda di energia elettroma-gnetica privo di massa e di carica che fun-ge da quanto del campo elettromagneti-co. I fotoni si osservano facilmente speri-mentalmente (per esempio, sotto formadi luce) e studiandone le propriet i fisicihanno costruito quella teoria estrema-mente precisa e comprensiva chiamataelettrodinamica quantistica, o QED, che la teoria quantistica dei campi della for-za elettromagnetica.Il corrispondente portatore della forzanelle interazioni deboli il bosone vetto-re intermedio (intermedio semplicemen-te per il suo ruolo di mediatore tra leparticelle). L'esistenza di tale particellafu suggerita per la prima volta nel 1935dal fisico giapponese Hideki Yukawa,che in quel tempo stava cercando unaspiegazione unificata delle due forze nu-cleari da poco scoperte: quella forte equella debole. Yukawa not che il raggiod'azione di una forza doveva essere in-versamente proporzionale alla massa del-la particella che la trasmette. Per esem-pio, il raggio d'azione della forza elet-tromagnetica infinito, in accordo con ilfatto che il fotone privo di massa. D'al-tra parte le due forze nucleari hanno sol-tanto un raggio d'azione limitato; questo il motivo per cui Yukawa pens che

23


2/7

SUPERPROTOSINCROTRONE SPS)

ANELLI DI ACCUMULAZIONEINCROCIATI ISR)

SPSRIVELATOREUAl

4RIVELATOREUA2

5

)1111111111111L'accumulo e il raffreddamento di an tiprotoni nell'anello AA sono illustrati in questa serie didiagrammi, che rappresentano una sezione trasversale dell'anello. Dapprima viene iniettatonell anello un fiotto di circa 20 milioni di antiprotoni, che fatto circolare esternamente allacamera a vuoto a larga apertura (1). Durante l'iniezione questo spazio schermato dal resto dellacamera da una serranda metallica comandata meccanicamente. Le particelle iniettate vengonopreraffreddate con il metodo stocastico per due secondi, riducendo il loro moto casuale di unfattore 10 sia in direzione longitudinale sia in direzione trasversale (2). La serranda viene quinditolta e gli antiprotoni preraffreddati vengono spostati magneticamente nella posizione di accumu-lo nel corpo principale della camera (3). La serranda viene nuovamente rimessa e, 2,4 secondidopo il primo, viene iniettato un secondo fiotto di antiprotoni (4). Il secondo fiotto vienesottoposto allo stesso trattamento, finendo nel mucchio dopo esser stato preraffreddato (5).Circa un'ora pi tardi, quando sono stati iniettati 1500 fiotti e sono stati preraffreddati eammucchiati circa 30 miliardi di antiprotoni, nel mucchio comincia a formarsi un centro denso (6).Dopo 40 ore, quando sono stati iniettati circa 60 000 fiotti, nel mucchio orbita circa un bilione diantiprotoni, la m aggior parte dei quali concentrati al centro (7). Per estrarre questa zona centralevengono attivati i campi magnetici, fornendo circa 600 miliardi di antiprotoni per gli esperimenticon fasci collidenti. Nell'anello AA rimangono ammucchiati circa 400 miliardi di antiprotoni,che danno inizio al centro successivo (8). Dopo altre 24 ore sar pronto per l'iniezione il secon-do centro di 600 miliardi di antiprotoni. In tutti i casi l'interno dell'anello sulla destra.

dovessero essere trasportate da particelledotate di massa.In particolare, Yukawa ipotizz l'esi-stenza di una particella moderatamentepesante, chiamata in seguito mesone, ilcui scambio d origine alla forza attratti-va forte tra il protone e il neutrone. Laprima particella di questo tipo che siastata correttamente identificata, il meso-ne pi (o pione), fu scoperta nel 1947 nel-lo sciame di particelle secondarie prodot-te dalla collisione di una particella deiraggi cosmici con un atomo dell'atmosfe-ra; oggi si possono produrre grandi quan-tit di mesoni a volont con gli accelera-tori di particelle.Oggi si pensa che le particelle del nu-cleo, e tra esse i mesoni, siano formate dacostituenti pi fondamentali chiamatiquark. I quark sono tenuti assieme dallaforza forte, ma in questo contesto la for-za ha una-forma del tutto differente daquella osservata tra protoni e neutroni.Si ritiene che la forza tra i quark sia tra-smessa dalla famiglia di otto bosoni vet-tori privi di massa chiamati gluoni. Aiquark e ai gluoni viene assegnata unapropriet con il nome arbitrario coloreche assume nelle interazioni forti lo stes-so ruolo che, nelle interazioni elettroma-gnetiche viene assunto dalla carica elet-trica. Per ricordare tale analogia la teoriaquantistica dei campi della forza nuclea-re forte chiamata cromodinamica quan-tistica, o QCD.

a forza nucleare debole ha un raggio d'azione ancor pi breve di quellaforte che agisce tra protoni e neutroni. Sipu perci prevedere che i bosoni vettoriintermedi della forza debole abbiano unamassa maggiore di quella del mesone pi. Iprimi tentativi di rivelare le particelle in-termedie associate alla forza debole furo-no infruttuosi, forse perch la maggioremassa dei bosoni li poneva al di fuori della

Fasci di protoni e di an tiprotoni rotanti in sensoopposto vengono generati al CERN come pro-dotti finali di una sequenza di eventi in pianelli acceleratori tra loro collegati. Dapprimaun fascio di protoni in grigio) viene acceleratofino a un'energia di 26 GeV (miliardi di elet-tronvolt) nel Protosincrotrone (PS). I protonivengono poi indirizzati su un bersaglio metalli-co, producendo (tra l'altro) alcuni antiprotonicon un'energia di 3,5 GeV . Gli antiprotoni incolore) vengono raccolti e trasferiti all'accu-mulatore di antiprotoni (AA) dove vengonocombinati con antiprotoni iniettati preceden-temente e concentrati in densi fiotti formatida centinaia di miliardi di particelle. I fiotti diantiprotoni vengono poi rinviati all'anello PS,dove vengono accelerati a 26 G eV. Gli anti-protoni da 26 G eV vengono iniettati nell'anel-lo SPS, nel quale stanno gi ruotando in sensoopposto protoni con la stessa energia. Infine idue fasci vengono entrambi accelerati a 270GeV nell anello pi grande. La pianta com-plessiva dell'installazione in basso) mostra laposizione dei nuovi rivelatori di particelle, di-sposti in due lunghe sezioni rettilinee dell'anel-lo SPS nelle quali i fasci circolanti in senso op-posto vengono fatti collidere. Gli altri anelli mo-strati vengono usati per vari altri esperimenti.

portata degli acceleratori di particelle esi-stenti. Tuttavia, fino alla formulazionedella teoria unificata elettrodebole fra lafine degli anni sessanta e l'inizio deglianni settanta, non disponevamo di alcunabuona stima della massa delle particelledella forza debole.La teoria elettrodebole fu sviluppataindipendentemente da Steven Weinbergdella Harvard University e da AbdusSalam del Centro internazionale di fisicateorica di Trieste, con ulteriori contributidi Sheldon Lee Glashow di Harvard e dialtri. La teoria, che si pu oggi conside-rare come la spiegazione standard del-le interazioni elettromagnetica e debole,fu la prima a fare previsioni specifiche everificabili sulle propriet dei bosoni vet-tori intermedi, tra le quali la massa. Inol-tre, la teoria richiedeva l'esistenza di tredi tali particelle, con cariche elettriche+ I (la W + ),1 (la W -) e zero (la Z).La migliore stima attuale della massa deibosoni vettori intermedi, espressa in fun-zione della loro energia equivalente, di79,5 GeV per la W + e la W- e di 90 GeVper la Z. (L'abbreviazione GeV sta pergigaelettronvolt, o miliardi di elettron-volt; per avere un termine di paragone,la massa del protone equivale a pocomeno di un GeV.)L'idea centrale della teoria standard che sia l'elettromagnetismo sia la forzadebole derivino da una sola e pi fonda-mentale propriet della natura. A ener-gie eccezionalmente elevate (abbastanzaelevate perch particelle quali le W e la Zvengano prodotte tanto facilmente quan-to i fotoni) gli eventi mediati dalle dueforze dovrebbero essere indistinguibili.Questa unificazione teorica si realizzaassegnando il fotone e i bosoni vettoriintermedi alla stessa famiglia di quattroparticelle. Alle energie oggi raggiungibilinon vi sono dubbi che gli eventi elettro-magnetici siano del tutto diversi da quellideboli; inoltre, sembrerebbe improbabi-le una parentela fra il fotone e le parficel-le W e Z,dato che il fotone privo dimassa e le altre tre particelle sono tra lepi pesanti di cui si conosca l'esistenza.La discrepanza viene spiegata nella teo-ria standard con la nozione di simmetriaspezzata, che distingue le forze al dimi-nuire dell'energia: qualcosa di vagamen-te simile, per aiutare l'intuizione, si putrovare nel passaggio di una sostanza at-traverso varie fasi, al diminuire dellatemperatura.

Una possibile comprensione della teo-ria unificata elettrodebole ha inizio conun immaginario stato primordiale nelquale il fotone e i bosoni vettori inter-medi erano tutti ugualmente privi dimassa. stata la rottura di una simme-tria della natura a dotare di grandi massele W+ , le W-e le Z lasciando il fotoneprivo di massa. Un meccanismo capacedi distinguere in questo modo i portatoridelle forze venne trattato per la primavolta nel 1964 da Peter Higgs dell'Uni-versit di Edimburgo. curioso il fattoche il meccanismo sia in grado di forniremassa alle particelle W e Z soltanto po-stulando un'altra particella pesante, che

\ SEGNALE\ DI CORREZIONE

BERSAGLIO

ANTIPROTONIROTONITUNNEL DI TRASFERIMENTOL'accumulatore di antiprotoni realizza due funzioni essenziali per gli esperimenti con fasci in col-lisione del CERN: ammucchia i flotti di antiprotoni iniettati successivamente e li raffreddacon un processo statistico detto raffreddamento stocastico. Per il raffreddamento l'anello com-prende una serie di dispositivi accoppiati, raccoglitore e correttore di rotta forme in grigio)e i magneti per la curvatura e la focalizzazione dei fasci form e bianche), present i in qualsiasianello di accumulazione. Nel raffreddamento un raccoglitore in una sezione dell'anello di accumu-lazione capta la deviazione media delle particelle dall 'orbita ideale; si invia poi un segnale dicorrezione attraverso l'anello a un correttore di rotta sul lato opposto, che arriva appena in tempoper riportare le particelle sull'orbita ideale. In figura indicato uno di questi collegamenti.-

24 25


3/7

i u w.+ (x) 2 32 /3)1/3) = 1)

2 d. W- + (X) W+ W- Z Zo + y + X) T T zu u Ci u213) + (-2/3) = (0) 1 1

c_ozL_(x) ...\.,,,,....\,.7a d),,j. ---/' 7b d zo7cx o X )d- z + y + (x) T t zd d ad(-1/3) + (1/3) = (0) d Z d 1 Y1 , - - . . . - , , , . . . . , . . . . , . . . . , . .


4/7

p5 gg (X) + (R)-> H

Il bosone di Higgs potrebbe fare la sua prima comparsa negli esperimenti con fasci collidenti delCERN o del Fermilab. La scoperta di questa particella pesante e priva di carica (H 0) consideratala prova definitiva della teoria unificata standard che collega le interazioni elettromagnetiche ele interazioni deboli. I diagrammi illustrano due processi che potrebbero portare alla produzionedei bosoni di Higgs. A sinistra, vengono prodotti un bosone di Higgs e un bosone vettoreintermedio neutro. A destra, un bosone di Higgs nasce dalla fusione di due gluoni emessi duran-te una collisione radente tra un protone e un antiprotone. (I gluoni sono le particelle intermediedella forza forte che si pensa tengano assieme i quark all interno delle particelle del nucleo.)

I pl ali-M FERMILAB

{pr3-,W + + X)p-W X)Z + ( X)

p-W y + X)pT)y + X)

gg +(X) + (R)IH.p-WW+ (X)

ppZ Hg+ +

50 0000500000500000ENERGIA TOTALE DELLE PARTICELLE COLLIDENTI (GeV)

10oo2O 7Lu

i< 6ccE F-Luiz cc0


5/7


6/7

32 33

Il sistema di rivelazione centrale dell'UAl costituito da tre camere adrift (a deriva) cilindriche, ciascuna delle quali contiene una fittaschiera di fili e un gas a bassa pressione. In tutte e tre le camere i fili sonotesi orizzontalmente. Nella camera centrale i fili orizzontali sono dispo-sti in piani verticali; nelle due camere attigue essi sono disposti in pianiorizzontali. Una particella carica che attraversa la camera ionizza le

Questa immagine la registrazione visiva di una collisione protone--antiprotone avvenuta alla fine del 1981 nel sistema centrale di rivela-zione dell'UAl ed stata eseguita fotografando una visualizzazioneprodotta mediante un calcolatore. L'evento lo st esso che appare sulla

molecole del gas, il quale tende poi a migrare verso i fili, depositandovila carica. La distribuzione delle cariche che appaiono su molti filiviene registrata elettricamente e pu successivamente essere analizzatada un calcolatore per ricostruire la traiettoria della particella sulloschermo di un tubo a raggi catodici. Il diametro delle camere all in-circa di tre metri. I fili distano circa tre millimetri uno dall'altro.

copertina di questo fascicolo. Finora il calcolatore ha registrato oltre250 000 eventi di questo tipo. Ne verranno registrati altri milioni, conla ripresa della ricerca di bosoni vettori intermedi al CERN. Il campomagnetico applicato fa incurvare le traiettorie delle particelle cariche.

per secondo, arrivando cos alla sogliadelle condizioni in cui ci si aspetta divedere per la prima volta di sfuggita unbosone vettore intermedio. (Anche leprime esperienze di funzionamento dellamacchina a fasci collidenti del CERNhanno mostrato che le collisioni protone--antiprotone si possono ottenere in lineadi principio a luminosit di almeno 103'particelle per centimetro quadrato persecondo, purch sia disponibile un nu-mero di antiprotoni sufficiente.)In che modo i bosoni vettori intermediprodotti in tali collisioni riveleranno laloro presenza? Si prevede che la vita me-dia di tali particelle debba essere estre-mamente breve. In circa l020 secondiesse dovrebbero decadere per formareuna variet di altre particelle, principal-mente coppie quark-antiquark e coppieleptone-antileptone. (I leptoni sono par-ticelle sensibili alla forza nucleare debole,ma non a quella forte.) I leptoni carichi,per esempio gli elettroni e i muoni, sipossono rivelare in molti modi. In genera-le l'obiettivo consiste nel rivelare i leptonicarichi dovuti al decadimento dei bosonivettori intermedi e nel confrontare il lorotasso di produzione o altre loro proprietcon i valori previsti per leptoni dovuti adaltre fonti, sempre generate nel processodi collisione. Si prevede che il segnale, inquesto caso la distribuzione angolare deileptoni del decadimento di particelle W+,W -eZ, risalti sul rumore di fondo dileptoni provenienti da altre sorgenti,particolarmente a grandi angoli rispettoall'asse del fascio (si veda l illustrazionea pagina 29 in basso).Un'indicazione inconfondibile dellapresenza di bosoni vettori intermedi do-vrebbe essere la comparsa di una marcataasimmetria nell'intensit di conteggio deileptoni nelle direzioni in avanti e al-l'indietro (misurate, arbitrariamente,rispetto alla direzione del fascio di anti-protoni). I leptoni prodotti direttamenteda interazioni forti o elettromagnetichedel fascio di particelle dovrebbero esseredel tutto simmetrici. Invece, secondo lateoria elettrodebole, i bosoni vettori in-termedi che decadono dovrebbero emet-tere leptoni a carica positiva prevalente-mente in avanti e leptoni a carica negativaprevalentemente all'indietro. La previstaasimmetria dei leptoni, che la sola pereventi mediati dalla forza debole, dovu-ta agli spin delle particelle coinvolte nellaproduzione e nel decadimento di bosonivettori intermedi (si vedano le illustrazio-ni a pagina 27). L'osservazione di taleeffetto proverebbe chiaramente che fi-nalmente i tanto cercati bosoni vettoriintermedi sono stati scoperti. Si potreb-bero poi misurare le loro altre propriet.La prova definitiva della correttezzadella teoria elettrodebole dovrebbe esse-re l'osservazione del bosone di Higgs tra iframmenti delle collisioni protone-anti-protone. La scoperta di tale particelladimostrerebbe non solo che la forza elet-tromagnetica e quella debole sono unifi-cate, ma anche che l'unificazione deltipo previsto dalla teoria elettrodebolestandard. Una trattazione approfondita

delle tecniche sperimentali necessarie perla rivelazione del bosone di Higgs va oltrelo scopo di questo articolo. Tuttavia, lecollisioni protone-antiprotone potrebbe-ro dare origine a bosoni di Higgs e lafrequenza di produzione calcolata suffi-cientemente alta perch essi possano es-sere scoperti mediante i loro caratteristiciprodotti di decadimento sia nella macchi-na a fasci collidenti del CERN sia in quel-la del Fermilab.Sono stati progettati numerosi rivelatoria grandi dimensioni per la ricerca deiprodotti di decadimento dei bosoni vetto-ri intermedi e dei bosoni di Higgs. Uno diquesti dispositivi, chiamato UA I (Under-ground Area 1, area sotterranea 1), ul-

timato e pronto a entrare in esercizio alCERN. Il rivelatore il risultato di unosforzo di collaborazione di pi di 100 fisicidi 11 istituzioni europee e statunitensi:l'Universit di Aquisgrana, il Laboratoriodi fisica delle particelle di Annecy, l'Uni-versit di Birmingham, il CERN, il QueenMary College (Londra), il Collge deFrance (Parigi), l'Universit della Cali-fornia (Riverside), l'Universit di Roma,il Rutherford Laboratory, il Centro diricerche nucleari di Saclay e l'Universitdi Vienna. lungo 10 metri e largo cin-que e il suo peso totale di 2000 tonnella-te. La sala sotterranea in cui installato, acirca 25 metri di profondit, sufficien-temente grande da consentire di traspor-tarlo su ruote in un garage quando non

ANTIPROTONI

PROTONI

CAMPOMAGN ETIC O

Un altro grande rivelatore, l'UA2, stato recentemente ultimato al CERN. stato progettato pispecificamente per la ricerca di bosoni vettori intermedi. Diversamente dall'UAL non ha campimagnetici. installato in una seconda area sperimentale a pi di 60 metri di profondit, a un a certadistanza dall'UAL Nella fotografia il rivelatore posizionato sulla linea del fascio dell'SPS; dotato di ruote e, quando non in funzione, viene riportato nella grande area di lavoro in primopiano. Il grande albero cilindrico in alto viene usato per calare componenti pesanti dalla superficie.


7/7

Un nuovo rivelatore di particelle stato progettato e costruito alCERN di Ginevra da una squadra di pi di 100 fisici di 11 istituzionieuropee e statunitensi. Con l'aiuto di questo dispositivo si prevede dipoter eseguire la prima osservazione di un bosone vettore intermedio.Il grande e versatile rivelatore, chiamato UAl Underground Area 1),appare qui nel garage adiacente al pi grande acceleratore di parti-

celle del CERN: il Superprotosincrotrone (SPS), recentemente tra-sformato in una macchina a fasci collidenti protone-antiprotone.Quando il rivelatore pronto a entrare in funzione, viene spostatoverso sinistra, mediante ruote che scorrono su binari, verso la traietto-ria dei fasci collidenti. L'attrezzatura elettronica copre la parte esternadell 'apparecchiatura, nascondendo le camere di rivelazione centrali.

11111~F NOVIT NELLA COLLANA Letture daLE SCIENZE

Len., aLE SCIENZEeyer sommfWERGN

GENETICA

22 articoliformato 21 x 29256 pagine L. 10.500(abbonati a Le Scienze L. 9.450)

GENETICAa cura di Gianpiero Sironi

Nata nel 1866 con i famosi studi di Gregorio Mendel, la genetica rimastaconfinata in un ristretto numero di laboratori fino alla seconda met delnostro secolo. Il riconoscimento della doppia elica del DNA, l isolamento deiprimi enzimi, la sintesi in vitro del DNA e dell RNA, la scoperta dei plasmidibatterici e delle tecniche di clonazione, tutti argomenti che fanno parte diquesta raccolta, offrono una testimonianza autorevole dei progressi compiutida questo settore della biologia negli ultimi 15 anni.

SOMMARIOIL DNA

A. E. MIRSKY, La scoperta del DNA; A. KORNBERG, La sintesi del DNA; S. E. LURIA,L identificazione del DNA nei batteri; R. J. BRITTEN, Segmenti ripetitivi del DNA; H. M.TEMIN, Sintesi di DNA diretta dall RNA; W. R. BAUER, F. H. C. CRICKe J. H. WHITE,Il DNAa superelicaGENI E CROMOSOMI

D. D. BROWN, L isolamento del gene; R. P. NOVICK, I plasmidi; P. CH AMBON, Geni discon-tinui;L. C. POLITO e M. FURIA,Struttura e funzione del cromosoma eucariota; R. D.KORNBERG e A. KLUG, nucleosoma; V. A. McCUSICK, La mappa dei cromosomi umani.I GENI E LA LORO FUNZIONE

O. L. MILLER, Osservando i geni in azione; U. W. GOODENOUGH e R. P. LEVINE, L attivitgenetica dei mitocondri e dei cloroplasti; G. S. STEIN, J. S. STEIN e L. L KLEINSMITH, Proteinedei cromosomi e regolazione genica; E. M. DE ROBERTIS e 1. B. GURDON, Trapianto di genie analisi dello sviluppo; S . BENZ ER, Analisi genetica del comportamento.

LA GENETICA E L'UOMOL. L. CAVALLI -SFORZ A, La genetica delle popolazioni umane; T. FRIEDMANN, Diagnosiprenatale delle malattie genetiche; R. BARALE, Cancerogenesi e mutagenesi; C. M. CROCEe H. KOPROWSKI, La geneticadel cancro; M. J. FRIEDMAN e W. TRAGER. La biochimica dellaresistenza alla malaria

Questo volume distribuito in esclusiva nelle librerie dallaNuova Italia Editrice.Per richiederlo direttamente all'editore va utilizzata la cartolinaOrdine per libri inserita nella rivista.

deve essere posto sulla traiettoria dei fasciin collisione.Il rivelatore UA1 un dispositivo ver-satile progettato per essere sensibile amolti tipi di particelle e per raccogliereinformazioni in un ampio angolo solidoattorno al punto in cui i fasci entrano incollisione. Esso misura l'energia delleparticelle in molti modi, in particolare inbase alla curvatura delle loro traiettorie inun campo magnetico. Un grande dipolomagnetico applica orizzontalmente ilcampo magnetico principale in un volumedi 85 metri cubi.All'interno del magnete, attorno altubo del fascio, vi sono le camere adrift (a deriva), ciascuna delle qualicontiene una serie di fili strettamentespaziati e un gas a bassa pressione. Unaparticella. La camera a drift centrale haattraversa la camera ionizza le molecoledel gas; gli ioni migrano quindi verso ifili, sui quali depositano la loro carica.Dalla distribuzione delle cariche su moltifili si pu ricostruire la traiettoria dellaparticella. La camera_a drift centrale ha'i fili disposti in piani vertediT, mentre ledue camere adiacenti hanno i fili dispostiin piani orizzontali. I segnali delle parti-celle che attraversano i piani dei fili pos-sono essere elaborati da un calcolatoreper produrre un'immagine dei prodottidi decadimento sullo schermo di un tuboa raggi catodici (si vedano le illustrazionia pagina a 32).Attorno alle tre camere a drift vi sonovari altri rivelatori. Appena al di fuoridel rivelatore pi interno si trova uncalorimetro a piombo, un dispositivoche misura la quantit di energia deposi-tata in esso da una particella carica qua-le un elettrone. Il calorimetro a suavolta circondato da una serie di lastre diferro alternate a contatori a scintillazio-ne per misurare l'energia di particellepi pesanti, quali i pioni, mediante leloro interazioni con gli atomi di ferrodelle lastre. Infine, all'esterno dell'appa-recchiatura vi sono molte grandi camereper rivelare i muoni che attraversano siail piombo sia le lastre di ferro.Un altro grande rivelatore, l'UA2, stato progettato pi specificamente per laricerca dei bosoni vettori intermedi. Essonon ha campo magnetico, ma si basa in-vece su una grande schiera di calorimetrisimili a quelli del rivelatore UA I per mi-surare l'energia e la direzione delle parti-celle emergenti. E installato in una secon-da area sperimentale, a una profondit dipi di 60 metri (si veda l illustrazione apagina 33). Sono in programma al Fermi-lab altri rivelatori simili all'UA1 e al-l'UA2. Se i bosoni vettori intermedi esi-stono, siamo convinti che questi rivelatorisiano in grado di scoprirli e di indagaresulle loro propriet, confermando quindila teoria elettrodebole unificata. Anche ibosoni di Higgs, se esistono, potrebberoessere rivelati, fornendo pertanto ulterio-re sostegno alla teoria. Naturalmente, anche possibile che la teoria elettrodebolesia sbagliata e che nessuna di tali particel-le esista. In un modo o nell'altro, la rispo-sta non dovrebbe farsi attendere molto.

34 35

Alla ricerca dei bosoni vettori intermedi di David B. Cline, Carlo Rubbia e Simon van der Meer

Documents

Transcript of Alla ricerca dei bosoni vettori intermedi di David B. Cline, Carlo Rubbia e Simon van der Meer