GLI ESPERIMENTI AL LEP DEL CERN: RISULTATI SCIENTIFICI E ASPETTI STORICI E SOCIOLOGICI
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ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
GLI ESPERIMENTI AL LEP DEL CERN:
RISULTATI SCIENTIFICI E ASPETTI STORICI E SOCIOLOGICI
di Fabrizio Fabbri e Giorgio Giacomelli
Per oltre quindici anni il progetto LEP del CERN ha costituito l'impresa scientifica che ha
visto impegnati il maggior numero di scienziati e tecnici. Questo progetto, ormai giunto alla
sua conclusione, verrà ricordato in particolare per aver dato una solida base sperimentale al
cosiddetto Modello Standard, l'attuale modello teorico di riferimento per la comprensione
quantitativa dei costituenti fondamentali della materia e delle loro interazioni. In questo
lavoro cercheremo di tracciare a grandi linee quella che può essere considerata l’eredità
scientifica di LEP, e ci soffermeremo anche su alcuni aspetti sociologici che ci sono sembrati
interessanti, o quantomeno curiosi, legati alla storia degli esperimenti in questione.
INTRODUZIONE la cui profondità variava da un minimo di
50 metri ad un massimo di 150 metri. In
Il collisionatore per elettroni e positroni quattro di queste zone erano collocati i
LEP (Large Electron Positron collider) era un quattro grandi esperimenti ALEPH,
grande acceleratore circolare di quasi 27 DELPHI, L3 e OPAL, che durante i quasi
km di circonferenza in funzione dall’ dodici anni di funzionamento hanno
agosto 1989 alla fine del 2000 presso il raccolto una mole impressionante di dati.
laboratorio europeo del CERN di Ginevra. Una vista d’insieme del LEP e delle
Era alloggiato in una galleria sotterranea quattro zone sperimentali è mostrata in
accessibile dalla superficie tramite otto figura1.
pozzi situati in altrettante zone di accesso,
Figura 1. Il LEP del CERN e i quattro esperimenti.
FIGURA 1
Dall'analisi delle collisioni elettrone- scienziati e tecnici provenienti da circa 200
positrone (e+ e -), inizialmente ad energie tra Laboratori e Università di Europa,
nel sistema del centro di massa di circa 91 America e Asia, hanno infatti dato vita a
GeV, corrispondente alla zona di picco quattro grandi collaborazioni
della risonanza Z 0 (fase LEP1) e internazionali, formate da un minimo di
successivamente a diverse energie 300 ad un massimo di 550 persone circa,
nell'intervallo fra 130 e 209 GeV (fase che si sono confrontate per molti anni, con
LEP2), sono stati ottenuti risultati che i problemi di “convivenza’’ (scientifica e
hanno portato a grandi progressi nella non) che si possono ben immaginare
fisica delle particelle elementari. Un all’interno di gruppi così numerosi.
rapido sguardo all’ultima edizione della Ora che questa avventura è
“Review of Particle Physics” [1] o ad alcuni praticamente conclusa, si può
Atti di conferenze recenti [2-4], è tranquillamente affermare che il motore
sufficiente per farsi un’idea del contributo del suo successo è stato lo spirito di reale
dato dal progetto LEP all’avanzamento collaborazione internazionale e di sana
delle conoscenze in questo campo. competizione scientifica fra i quattro
In questo lavoro esporremo in modo esperimenti, che si è sempre mantenuto
estremamente qualitativo alcuni fra i vivo anche durante il ricambio
risultati più significativi ottenuti al LEP, e generazionale di ricercatori e studenti
cercheremo di mostrare come questo (laureandi e dottorandi) al quale si è
progetto scientifico, oltre a contemplare la assistito. Evidentemente l’atmosfera di
costruzione del più esteso impianto ad lavoro si è dimostrata sufficientemente
elevata tecnologia mai costruito per la stimolante e, allo stesso tempo,
ricerca e di quattro sofisticati rivelatori di amichevole per attrarre i giovani,
particelle di grandi dimensioni, abbia nonostante le grandi dimensioni delle
anche rappresentato un nuovo modo di collaborazioni. Ci sembra doveroso quindi
fare fisica. Più di 1700 persone, fra riconoscere al LEP anche il merito di aver
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 1ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
dato un contributo importante alla essere solo la massa, che aumenta
didattica dei Corsi di Laurea in Fisica ed al progressivamente passando dalla prima
Dottorato di Ricerca, nonché alla alla terza famiglia. Il MS non spiega il
divulgazione scientifica. motivo di questa ripetizione, così come
non stabilisce un limite al numero di
repliche che potrebbero esistere. Nel MS il
L’EREDITÀ SCIENTIFICA DI LEP discorso fatto per quark e leptoni viene
esteso in modo naturale ai corrispondenti
Il LEP ha dato al Modello Standard anti-quark e anti-leptoni.
(MS) una solida base sperimentale. Per Nelle moderne teorie, le interazioni fra i
apprezzarne la portata è utile riassumere, costituenti vengono descritte in termini di
molto sinteticamente, l’assetto concettuale uno scambio reciproco di altre particelle
della teoria. elementari che, nel MS, prendono
Il Modello Standard. Nel MS i quark ed collettivamente il nome di “bosoni di
i leptoni vengono considerati i costituenti gauge’’. I bosoni che vengono scambiati
fondamentali della materia, nel senso che nell’interazione forte fra i quark, dotati di
non li si suppone dotati di stuttura interna carica di colore, sono chiamati gluoni (g).
(formalmente vengono trattati come L’ interazione elettromagnetica e debole,
oggetti puntiformi). Oltre alla forza unificate nell’interazione elettrodebole,
gravitazionale, che però non produce sono mediate rispettivamente dal fotone γ
effetti apprezzabili nelle condizioni e dai bosoni deboli W+, W- e Z0.
sperimentali attualmente realizzabili in La struttura formale della teoria e la sua
laboratorio, è necessario supporre consistenza interna si basano su una
l’esistenza di altri tre tipi di interazioni (o prescrizione di simmetria, detta simmetria
forze) fra i costituenti fondamentali per di gauge, che fissa in modo univoco le
poter interpretare le osservazioni interazioni tra quark, leptoni e bosoni di
sperimentali: (i) l’interazione gauge in modo identico per le tre famiglie.
elettromagnetica, che avviene fra i Questa simmetria, però, richiede che le
costituenti che possiedono carica elettrica; masse dei quark, dei leptoni e dei bosoni di
(ii) l’interazione forte, “sentita” dai quark gauge siano nulle, mentre le misure
ma non dai leptoni, dovuta alla cosidetta sperimentali mostrano che i quark, i leptoni
carica di “colore” che può avere tre valori e i bosoni deboli (W +, W- Z0) hanno massa.
diversi; (iii) l’interazione debole, alla quale Per spiegare l’origine di queste masse si
sono soggetti tutti i costituenti introduce nel MS un nuovo elemento, il
fondamentali, generata dalla cosidetta cosiddetto meccanismo di Higgs, che
carica debole. Q u a r k e leptoni sono ipotizza l’esistenza di una o più particelle
raggruppati in famiglie o generazioni, (bosoni di Higgs) dotate di accoppiamenti
ciascuna formata da due tipi diversi di elettrodeboli e con interazioni diverse a
quark e da due leptoni, uno elettricamente seconda del tipo di quark e di leptoni con i
carico ed uno neutro. La prima famiglia è quali queste particelle interagiscono.
costituita dai due quark up (u) e down (d), L’effetto, che tecnicamente prende il nome
con carica elettrica rispettivamente di 2/3 di “rottura spontanea della simmetria”, è
e -1/3 (in unità di carica del protone), e dai quello di generare le masse.
due leptoni elettrone ( e ) e neutrino Perché il LEP. La possibilità concreta di
elettronico (νe), con carica elettrica -1 e 0. effettuare esperimenti ad un collisionatore
La materia ordinaria, composta di atomi, è e+ e - di altissima energia, il LEP,
fatta di quark up e down e di elettroni; è prospettata nel 1980, raccolse un
stata quindi una sorpresa l'aver osservato immediato successo presso la comunità
in natura l'esistenza di altre due repliche scientifica europea ed internazionale. In
della prima famiglia che si presentano con una prima fase (LEP1), il LEP avrebbe
identiche cariche elettrodeboli e di colore. prodotto grandi quantità di bosoni neutri
La seconda famiglia è composta dai quark Z0 (all’epoca non ancora scoperti) con la
charm (c) e strange (s) e dai leptoni mu (µ) prospettiva di poter effettuare misure di
e neutrino muonico (ν µ ), la terza è precisione nel settore elettrodebole del
composta dai quark top (t) e bottom (b) e dai Modello Standard, il settore cioè che
leptoni tau (τ) e neutrino tauonico (ν τ). riguardava l’unificazione fra la forza
L’unica differenza tra le famiglie sembra elettromagnetica, che spiega la struttura
atomica della materia, e la forza debole,
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responsabile dei decadimenti radioattivi. Tre e solo tre famiglie. Il primo
Un altro elemento di grande interesse risultato di grande rilievo ottenuto dagli
risiedeva nel fatto che la Z0, con una massa esperimenti a LEP1 è stato quello di
pari a quasi cento volte quella del protone, mostrare con grande precisione che ci
era prevista decadere come si usa dire sono tre e solo tre famiglie di neutrini e
“democraticamente” in tutte le coppie quindi di quark e leptoni. La figura 2a
quark-antiquark o leptone-antileptone, mostra la sezione d’urto del processo (cioè
purché di massa inferiore a 45 GeV. la probabilità che esso avvenga) e + e - →
Questo avrebbe permesso di studiare in qq (→ adroni) in funzione dell’energia nel
dettaglio i quark ed i leptoni della terza centro di massa. La linea continua
famiglia, all'epoca poco conosciuti. In una sovrapposta ai punti sperimentali
seconda fase (LEP2) l’energia dei fasci rappresenta la previsione del MS. E’
dell'acceleratore sarebbe stata evidente il picco ad una energia pari a 91
gradualmente aumentata fino a poco più GeV che corrisponde alla formazione della
di 200 GeV, consentendo studi dettagliati Z0, che decade successivamente in una
sui bosoni deboli carichi W+ e W-, prodotti coppia quark-antiquark rivelata sotto forma
in coppia ad energie al di sopra di circa di “jets” di adroni. La determinazione
160 GeV, e consentendo di estendere la accurata della forma del picco (larghezza
ricerca diretta del bosone di Higgs e di della risonanza) fornisce una misura
altre eventuali nuove particelle a valori di precisa della vita media della particella
massa molto maggiori rispetto alla prima che, a sua volta, è legata al numero di tipi
fase. di neutrini diversi nei quali essa può
Oltre al grande interesse scientifico, decadere.
questa nuova macchina acceleratrice Nel MS la vita media della Z 0
offriva ai fisici sperimentali delle diminuisce con l’aumentare del numero di
condizioni di lavoro altrettanto attraenti. Il tipi diversi di neutrino esistenti, e quindi
basso numero atteso di eventi al secondo di famiglie. La figura 2b, oltre ad un
ed un fondo minimo dovuto ad eventi esempio di risultati sperimentali (punti),
spuri, consentivano la progettazione di mostra le previsioni teoriche (curve) della
una nuova generazione di rivelatori forma che il picco avrebbe a seconda che
caratterizzati da una grande completezza, esistano 2, 3 o 4 tipi di neutrini. La misura
con la possibilità di analizzare in dettaglio più precisa della larghezza della Z0 (pari a
le caratteristiche di tutti gli eventi prodotti un’incertezza relativa dell’uno per mille),
nelle collisioni. I quattro esperimenti, che ottenuta combinando i risultati di tutti e
furono approvati dal comitato scientifico quattro gli esperimenti, ha dato come
del CERN, adottarono soluzioni tecniche a risultato N ν =2,9841±0,2283. Questo
volte diverse fra loro e a volte simili; risultato costituisce un punto fermo in
furono costruiti in modo da avere una quanto, come sottolineato in precedenza,
copertura pressoché totale dell'angolo non si ha idea del perché esistano le
solido, con un efficiente tracciamento delle famiglie e, prima di LEP, non si sapeva
particelle cariche in campo magnetico, con con precisione quante queste potessero
calorimetria elettromagnetica e adronica, e essere.
con una buona possibilità di
identificazione delle particelle.
Figura 2. (a) Dipendenza della sezione d’urto per il processo e + e- → qq (→
adroni) dall’energia nel centro di massa. (b) Dalla forma della curva di risonanza
della Z0 si può risalire al numero dei tipi di neutrini.
FIGURA 2A
FIGURA 2B
Misure di precisione a LEP1. La della Z0 ha reso possibile una serie di
misura accurata di altre proprietà fisiche verifiche delle previsioni del settore
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elettrodebole del MS con una precisione di dal valore della loro massa. E’ una sorta di
gran lunga superiore a quelle ottenute “scoperta” sotto soglia.
precedentemente [5]. Ricordiamo ad mt . Una impressionante dimostrazione
esempio la misura della massa della Z0 ( della potenza di questo metodo la si ebbe
Mz=91,187±0,002 GeV/c2), che costituisce nel 1993 quando, sulla base degli effetti
ora una delle costanti fondamentali della virtuali imputabili all’esistenza di un sesto
fisica per via della precisione ottenuta, la quark (all’epoca non ancora scoperto) e dai
sezione d’urto adronica al picco della vincoli sempre più stringenti imposti dai
risonanza (conosciuta con una precisione risultati delle misure di precisione degli
di circa l’uno per mille), il rapporto R fra la esperimenti al LEP, la massa del quark top
probabilità di decadimento in adroni risultò essere di 166 GeV/c2 [6], con un
rispetto alla probabilità di decadimento in errore di circa 30 GeV. L’annuncio ufficiale
leptoni (anch’esso all'uno per mille circa), della scoperta del quark top venne dato nel
e la misura delle asimmetrie avanti- 1995 [7,8], congiuntamente dalle
indietro (forward-backward). Dalla misura collaborazioni CDF e D0 al Laboratorio
degli accoppiamenti della Z0 ai leptoni si è Fermilab di Chicago. I due esperimenti al
potuta verificare sperimentalmente la collisionatore protone-antiprotone
validità dell’ipotesi che va sotto il nome di all’epoca quotarono i valori di 178 ± 8 ± 10
universalità leptonica, nel senso che GeV/c2 e 199 ± 20 ± 22 GeV/c2,
l’interazione debole cui sono soggetti rispettivamente. Dai risultati finali di LEP
elettroni, leptoni µ e leptoni τ è la stessa oggi disponibili si ottiene una massa del
per le tre particelle, come avviene per l’ top più precisa, M t=171±10 GeV/c2, così
interazione elettromagnetica. come più preciso è il risultato che si
Con il passare del tempo si sono ottiene dalla misura diretta effettuata dagli
misurate molte altre grandezze fisiche e la esperimenti al Fermilab, Mt=174±5
combinazione dei risultati dei quattro GeV/c2. Come si vede l’accordo fra i due
esperimenti, divenuta una procedura valori è tutt’ora eccellente.
regolare, ha permesso di ottenere i risultati m 0 . Un altro importante risultato che
H
più precisi. Una delle conseguenze più
emerge dal complesso delle misure di
interessanti dell’aver raggiunto precisioni
precisione effettuate al LEP dai quattro
così alte, è stata quella di aver potuto
esperimenti è che effettivamente le
verificare, per la prima volta, l’effetto delle
interazioni della Z0 sono quelle che ci si
correzioni quantistiche deboli alle
aspetta da una “soggiacente” simmetria di
previsioni teoriche del MS e verificarne la
gauge in natura. Dalla constatazione che le
validità. L’accordo con i valori
masse dei costituenti fondamentali e dei
sperimentali, infatti, risulta soddisfacente
bosoni di gauge deboli non sono nulle si
solo se vengono incluse anche queste
potrebbe, peraltro, giungere alla
correzioni, piccole ma non più trascurabili
conclusione opposta. Questa situazione
considerata la precisione sperimentale
apparentemente paradossale è in realtà
raggiunta.
tipica di simmetrie “rotte
Determinazione sottosoglia della
spontaneamente’’ tramite il meccanismo
massa del quark top e del bosone di
di Higgs, e si può quindi affermare che
Higgs. Le correzioni quantistiche sono
LEP ha fornito una prova sperimentale
sensibili alle masse di tutte le particelle che
molto solida in favore dell'esistenza in
vanno considerate nei calcoli teorici dei
natura di un meccanismo di questo tipo.
processi, anche quelle che, risultando
Oltre alla ricerca diretta del bosone di
troppo massive per essere prodotte come
Higgs, come si dirà brevemente più
particelle reali, entrano solo a livello
avanti, si è tentato di dedurre in modo
virtuale negli stadi intermedi del calcolo
indiretto la sua massa utilizzando il
perturbativo. Assumendo la validità e
metodo adottato per prevedere la massa
l’autoconsistenza del MS, è possibile
del quark top. Sfortunatamente le
dedurre la massa di particelle non
correzioni quantistiche alle osservabili
osservabili direttamente (perché troppo
misurate al LEP indotte dal bosone di
pesanti) tramite le correzioni virtuali che
Higgs non sono così sensibili alla massa
esse inducono. Questo perché l’entità delle
come nel caso del quark top. Al momento,
correzioni necessarie per far sì che le
utilizzando anche i risultati ottenuti da
previsioni teoriche descrivano al meglio i
altri esperimenti, sembra piuttosto chiaro
dati sperimentali dipende, per l’appunto,
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 4ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
che il MS richiede un bosone di Higgs descrive l’interazione forte fra i quark e i
relativamente leggero, con un limite gluoni.
superiore alla sua massa di circa 200 Misura di αs. Fra i tanti risultati
GeV/c2 (95 % C.L.). Rammentiamo che nel importanti ottenuti al LEP in questo
MS la massa dell’Higgs è tutt’al più settore, quello più significativo è
confinata in un intervallo di massa che probabilmente la misura della costante di
grossolanamente va da 1 GeV/c2 a 1 accoppiamento forte, α s . Lo studio
TeV/c2. dettagliato dei decadimenti adronici della
Fisica dei “sapori pesanti”. Un altro Z0 da parte dei quattro esperimenti ha
settore nel quale il LEP ha contribuito in permesso di determinarne il valore con
maniera rilevante è quello dei cosiddetti una eccezionale precisione. La consistenza
“sapori pesanti”, cioè dei q u a r k e dei dei valori di αs(MZ0) ottenuti utilizzando
leptoni con massa elevata, in particolare il moltissime osservabili indipendenti e con
q u a r k b ed il leptone τ . Non si sono approcci sperimentali e teorici diversi, ha
osservate discrepanze particolarmente costituito un importante test di verifica
significative negli accoppiamenti della Z0 della teoria. Questa prevede che αs non sia
ai quark e leptoni della terza generazione. una costante, ma che diminuisca
Le probabilità di decadimento per Z0 → all’aumentare dell’energia (“running” della
bb , Z0 → cc e Z0 → τ + τ - sono state costante di accoppiamento). Ciò è stato per
misurate con precisione e le previsioni del la prima volta dimostrato
MS sono risultate completamente sperimentalmente in modo indiscutibile
consistenti con i valori sperimentali. dalle misure precise di LEP. I quattro
Misure di caratteristiche quali le vite esperimenti hanno misurato α s ad energie
medie e le masse di adroni contenenti il che vanno dalla massa del leptone τ ( ~ 1.8
q u a r k b, la vita media ed i modi di GeV) fino a 209 GeV, ed hanno mostrato
decadimento del leptone τ, sono tutt’ora come la sua evoluzione energetica sia
competitive. compatibile con quella prevista dalla
QCD. Il LEP è stato pensato teoria (figura 3). Le ottime capacità di
principalmente come una macchina per la identificazione dei rivelatori hanno inoltre
fisica elettrodebole, ma l’impatto che ha permesso di verificare sperimentalmente
avuto anche sul progresso delle la fondatezza dell'assunzione teorica
conoscenze nel settore dell’interazione secondo la quale il valore di a s non
forte è stato superiore alle previsioni. dipende dal tipo di quark o, come si è soliti
L’ottima conoscenza delle condizioni dire, non dipende dal “sapore’’ dei quark.
iniziali delle collisioni e + e -, la relativa E’ forse utile ricordare che anche la
semplicità e “pulizia” dello stato finale e+ costante di accoppiamento
e- → q q(g…) → adroni, la grande energia elettromagnetica ha una dipendenza
disponibile per la creazione di jets energetica, ed il suo valore di 1/137 a
adronici, associate alle caratteristiche di bassa energia aumenta fino a circa 1/128
completezza dei rivelatori di LEP, l’alta all’energia di LEP1.
statistica disponibile e, non ultima, una
buona base teorica di partenza, hanno
permesso di consolidare la nostra fiducia
nella QCD, la teoria di gauge che nel MS
Figura 3. Misure sperimentali della costante di accoppiamento forte, α s, in
funzione dell’energia. La linea continua rappresenta l’evoluzione energetica
predetta dalla QCD.
FIGURA 3
“Fattori di colore’’ e differenze fra jets particolarmente rilevante per la QCD alla
di quark e di gluoni. Un’altra misura quale gli esperimenti al LEP hanno dato
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un contributo determinante, è quella dei massa fu portata a 130 e a 136 GeV, si
cosiddetti “fattori di colore”, C F , C A e TF . passò ad una energia di 161 GeV,
+ -
Questi fattori rappresentano l’intensità sufficiente per produrre coppie di W W
relativa effettiva della forza forte negli in soglia (e e → W W ). L’energia fu
+ - + -
accoppiamenti q → qg (quark → quark + gradualmente aumentata fino a
gluone), g → g g e g → qq : il loro valore raggiungere l'energia record di 209 GeV.
dipende dalla struttura stessa della Venne aperta così la strada allo studio
simmetria alla base della teoria. I valori dettagliato delle proprietà dei bosoni
numerici ottenuti dagli esperimenti deboli carichi ed intensificata la “caccia’’ a
risultano in ottimo accordo con quelli nuove particelle, prima fra tutte il bosone
previsti da una teoria basata sulla di Higgs. La massa del bosone W ±
simmetria SU(3), come QCD per misurata a LEP combinando i risultati dei
l’appunto, e ne costituiscono quindi una quattro esperimenti è oggi nota con una
verifica fondamentale. In conseguenza di precisione dello 0.5 per mille
questa differenza nelle intensità relative ( M w = 80.450 ± 0.034 GeV/c2). Il valore
degli accoppiamenti fra quark e gluoni e
che si ricava dal MS, sulla base delle
fra gluoni e gluoni, ci si aspetta che jets
misure elettrodeboli di precisione, è in
prodotti da quark e jets prodotti da gluoni
accordo con la misura diretta di LEP entro
mostrino delle differenze peculiari. A
gli errori; inoltre l'accordo col valore
parità di energia, per esempio, un gluone
misurato dagli esperimenti al
dovrebbe produrre un j e t con una
collisionatore del Fermilab è eccellente.
molteplicità di particelle maggiore rispetto
Triplo vertice bosonico. Sulla base
a quella di un jet prodotto da un quark.
dell’ottimo accordo fra le previsioni
Inoltre i jets di gluoni dovrebbero essere
teoriche ed i risultati di LEP sulla misura
più “larghi” e più “soffici”. Prima di LEP
della sezione d’urto e+ e- → W + W- alle
non esistevano evidenze convincenti di
varie energie, si veda ad esempio la figura
questo fatto mentre ora sappiamo che le
4, si è potuto verificare in maniera diretta,
previsioni di QCD sono supportate dalle
per la prima volta, l’esistenza del vertice di
osservazioni sperimentali che, grazie alla
accoppiamento triplo fra i bosoni di gauge
capacità dei rivelatori al LEP di
carichi e neutri previsti dal MS: e+ e- → Z0
distinguere con una certa efficienza jets di
→ W + W-; ciò ha confermato la cosiddetta
quark da jets di gluoni, hanno mostrato
chiaramente queste differenze. “natura non abeliana’’ della teoria.
Misure di precisione a LEP2. Alcuni Tutte le misure fino ad ora effettuate a
degli aspetti di fisica trattati fino a questo LEP per evidenziare l'esistenza di
punto si riferiscono già alla seconda fase accoppiamenti triplici fra soli bosoni di
di LEP, quella che prende il nome di LEP2, gauge neutri, del tipo γ Z 0 Z0 , Z0 γγ , e Z0
iniziata a metà del 1995 e conclusasi nel Z0Z0, non contemplati nel MS, hanno dato
novembre del 2000 con la chiusura esito negativo, così come non sono stati
definitiva del collisionatore. per ora osservati contributi anomali agli
Dopo una breve fase iniziale, chiamata accoppiamenti fra bosoni.
LEP1.5 nella quale l’energia nel centro di
Figura 4. Misura della sezione d’urto di produzione di coppie W+ W- a varie
energie. La linea continua rappresenta la previsione del MS, quella tratteggiata
rappresenta la previsione in assenza del triplo vertice bosonico.
FIGURA 4
Ricerca diretta di nuove particelle. Il settore delle ricerche di nuove particelle
bosone di Higgs. A conclusione di questa che fino agli ultimi giorni di presa dati di
rassegna dei risultati scientifici di maggior LEP ha tenuto viva l’attenzione della
rilievo ottenuti a LEP, vogliamo comunità scientifica. Durante tutto il
menzionare i punti salienti di una attività periodo di funzionamento del
di ricerca condotta da una agguerrita collisionatore, gli esperimenti hanno
schiera di fisici fin dal primo giorno di continuamente aggiornato i limiti inferiori
funzionamento di LEP. Ci riferiamo al sulla massa di particelle, più o meno
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esotiche, la cui esistenza è contemplata in acceleratori sempre più potenti localizzati
scenari che vanno oltre il Modello in laboratori regionali o internazionali
Standard, per esempio la supersimmetria, portò alla costruzione di esperimenti
i subcostituenti, ecc., fino a raggiungere i sempre più grandi e complessi. Negli anni
limiti cinematici imposti dall'energia ’60 gli esperimenti effettuati con camere a
massima dell’acceleratore. A parte qualche bolle iniziarono ad essere formati da
“avvisaglia”, rientrata poi come falso collaborazioni di alcuni gruppi di
allarme ad una analisi statisticamente più ricercatori provenienti da varie Università
significativa, non si ebbe mai evidenza di e Laboratori di nazioni diverse. Negli anni
produzione di nuove particelle. ’70 anche gli esperimenti condotti con
Tuttavia, proprio negli ultimi mesi di tecniche elettroniche divennero più grandi
presa dati alla massima energia di LEP e più complessi, con la tendenza a studiare
verso la fine del 2000, l’osservazione di contemporaneamente processi fisici
alcuni eventi candidati Higgs diversi, utilizzando rivelatori che
particolarmente interessanti, con una coprivano una buona parte dell’angolo
massa, purtroppo, vicina al limite solido. Gli esperimenti al LEP richiesero
cinematico di produzione (115 GeV/c2 ), un ulteriore passo in avanti: ciascuno dei
provocò una notevole eccitazione quattro esperimenti voleva (e doveva, per
nell’ambiente e motivò la richiesta risultare competitivo) essere il più
congiunta da parte dei quattro esperimenti completo e versatile possibile per sfruttare
di un ulteriore anno di funzionamento di al massimo le potenzialità di fisica offerte
LEP. La significatività del segnale era da una macchina come il LEP. Il progetto e
interessante, ma non convincente, e si la costruzione di tanti componenti
voleva capire se si trattava di una semplice specializzati (sottorivelatori) ciascuno
fluttuazione statistica del fondo o se dedicato a uno scopo ben preciso, come i
invece si trattava veramente dei primi rivelatori di tracce e di vertici, i
segni di una scoperta. La richiesta, calorimetri, i rivelatori di muoni ecc., da
comunque, non fu accolta. Alla luce di inglobare nel modo più efficace in un
quanto ottenuto in tempi più recenti con la unico rivelatore di grande accettanza,
combinazione dei risultati finali dei richiedeva una collaborazione di tipo
quattro esperimenti, e cioè un nuovo. Decine di gruppi di fisici ed
abbassamento nella significatività di un ingegneri geograficamente dislocati in
ipotetico segnale di Higgs con una massa molte nazioni diverse e con uno spiccato
di 115 GeV/c2 , non si può dire che la senso dell’autonomia, avrebbero dovuto
scoperta, che LEP avrebbe ben meritato, autocoordinarsi per far sì che il risultato
fosse dietro l’angolo. Ma non lo si può del loro lavoro distribuito potesse, alla
neppure escludere. Oggi si sa che la sua fine, integrarsi perfettamente nel luogo e
massa deve essere maggiore di 113 GeV/c2 nei tempi convenuti.
e, se il MS è corretto, inferiore a 200 Il cambiamento della sociologia degli
GeV/c2. esperimenti di fisica delle particelle
elementari è stato analizzato e seguito da
molti comitati internazionali, come il
ASPETTI STORICI E SOCIOLOGICI comitato ECFA (Comitato Europeo per i
Futuri Acceleratori) e ICFA (Comitato
Negli ultimi 50 anni vi sono stati dei Internazionale per i Futuri Acceleratori)
grandi cambiamenti nell’organizzazione e [9-12]
nella struttura degli esperimenti nel Nel seguito discuteremo alcuni aspetti
campo della fisica delle particelle storici, sociologici o semplicemente
elementari. Negli anni ’50 e ’60 gli curiosi, legati alle varie fasi degli
esperimenti avevano dimensioni modeste esperimenti al LEP: i w o r k s h o p s
ed erano condotti da piccoli gruppi di preliminari, il progetto, l’approvazione, la
fisici e tecnici di una singola Università; il costruzione, la presa dati, le analisi fisiche,
gruppo era tipicamente costituito da un la fine degli esperimenti.
professore ordinario, da un assistente, I w o r k s h o p s preliminari.
forse da un ricercatore di un Ente di L’approvazione degli esperimenti. L a
Ricerca, da qualche studente e da un costruzione del LEP è stata approvata nel
tecnico. L’entrata in funzione di 1981. Prima e dopo l’approvazione
numerosi workshops furono tenuti al CERN
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 7ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
e in differenti nazioni europee. Di mantenuti in funzione da fisici e tecnici
particolare importanza fu il workshop a italiani. Tre dei quattro calorimetri
Villars, in Svizzera, nel 1981. Subito dopo utilizzavano una tecnologia di rivelazione
questo workshop iniziarono a formarsi sviluppata in Italia, i tubi a streamer
varie collaborazioni che discussero e limitato o tubi di Iarocci. Questi furono in
prepararono le Lettere di Intenzioni, gran parte costruiti dai rispettivi gruppi
presentate nel 1982 al CERN per essere responsabili presso i Laboratori Nazionali
analizzate da un apposito comitato, il dell’INFN a Frascati, avvalendosi di una
LEPC. Gruppi sempre più numerosi di apposita facility locale denominata,
fisici prepararono le proposte di folkloristicamente, “il tubificio’’. Questo
esperimento, le esposero al LEPC, che, nome si affermò nell’ambiente come una
dopo lunghe discussioni e riunioni, ne sorta di nome ufficiale, e non era raro
approvò quattro. A questo punto ogni trovarlo scritto su pubblicazioni
gruppo dovette provvedere a richiedere scientifiche o sentirlo nelle conferenze
finanziamenti alle proprie Istituzioni specialistiche, magari pronunciato in un
Nazionali (per l’Italia l’INFN). Nel 1983 improbabile italiano da colleghi stranieri.
iniziò la costruzione del LEP ed anche la Anche in questo periodo ci furono, sia
costruzione e test di alcuni sottorivelatori all’interno che all’esterno delle singole
di ciascun esperimento. collaborazioni, dibattiti scientifici e tecnici
Questa fase fu particolarmente vivace: interessanti e a volte curiosi, quali per
ciascun fisico trovò un suo ruolo o ebbe esempio quello sulla opportunità di
l’opportunità di presentare proposte e trattare o meno con un olio particolare (il
risultati di test sia nell’ambito delle BREOX), indicato come “olio magico” o
collaborazioni che all’esterno, nei “olio santo’’, la copertura di grafite dei
numerosi workshops e nelle riunioni di vari catodi dei tubi. Le alte tensioni applicate li
working groups e comitati. La visibilità dei rendevano infatti suscettibili a fenomeni di
fisici degli esperimenti al LEP era evidente scarica, e sarebbe stato conveniente
in tutti i workshops e negli atti preliminari migliorarne la stabilità dal punto di vista
delle collaborazioni. elettrico. Ogni gruppo si comportò in
La costruzione degli esperimenti. I modo diverso. ALEPH preferì adottare
quattro esperimenti approvati richiesero una miscela di gas diversa da quella
la costruzione di rivelatori “omnipurpose”, standard per “lavorare’’ ad una tensione
con molti sottorivelatori a simmetria inferiore. DELPHI, all’interno del quale
cilindrica organizzati in una sorta di strati originariamente l’idea dell’olio era stata
coassiali. I rivelatori ALEPH e OPAL si proposta, preferì effettuare un “polishing’’
distinguevano per l’eccellente risoluzione dei catodi senza “ungerli’’. OPAL, dopo
in impulso permessa dalle grandi camere aver effettuato ulteriori test, lo adottò.
di tracciamento. DELPHI si distingueva Gran parte della responsabilità del
per la capacità di identificazione della progetto e della realizzazione dei rivelatori
natura delle particelle, mentre L3 per di vertice è stata italiana, così come
l’eccellente risoluzione in energia dei importante è stato il contributo dato nella
fotoni. In ogni esperimento il compito di costruzione degli apparati adibiti alla
progettare, costruire e collaudare un misura di precisione della luminosità del
sottorivelatore era responsabilità di uno o collisionatore (i cosiddetti luminometri).
più gruppi di fisici, ingegneri e tecnici che, Ricordiamo che la luminosità è un
nella maggior parte dei casi, svolgeva il parametro fondamentale per un
proprio compito presso il proprio istituto acceleratore perché è legato alla frequenza
o laboratorio. Il lavoro finito veniva poi di collisione: più alta è la luminosità,
portato al CERN per essere integrato con maggiore è la frequenza di collisione fra
quello degli altri collaboratori. Questo elettroni e positroni.
modo di procedere, all’apparenza molto In alcune indagini del comitato ECFA
dispersivo, è risultato efficiente e tutta la veniva chiesto ai fisici partecipanti alla
costruzione è stata portata a termine nei fase di costruzione, se tale fase sembrasse
tempi previsti. interessante. Molti risposero
I gruppi italiani diedero un contributo positivamente: i fisici che si occupavano di
determinante alla costruzione dei rivelatori la consideravano molto
rivelatori al LEP. Per esempio i calorimetri interessante perché potevano sviluppare e
adronici furono in gran parte costruiti e costruire vari tipi di rivelatori avanzati. La
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 8ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
maggioranza dei giovani mostrava all’anno della durata di una settimana.
entusiasmo, ma si preoccupava per Queste riunioni rappresentavano momenti
l’assenza di risultati e di pubblicazioni a di grande intensità, sia dal punto di vista
carattere scientifico per un lungo periodo. scientifico che sociale, nei quali molti dei
Altri consideravano la fase di costruzione partecipanti all’esperimento avevano la
troppo lunga in relazione alla durata del possibilità di trovarsi riuniti nello stesso
PhD. Fu proprio durante questa fase che in luogo per discutere l’andamento del
Italia fu istituito il dottorato di ricerca, il progetto tecnico-organizzativo, lo stato di
che comportò inizialmente nuovi problemi avanzamento dei lavori di analisi fisica, la
in varie sedi. politica scientifica dell’esperimento, ecc.
Struttura organizzativa delle quattro I primi risultati di fisica. Nella notte
collaborazioni. Fin dalle prime fasi fu fra il 13 ed il 14 agosto del 1989, il LEP
evidente ad ognuna delle quattro accelerò positroni ed elettroni all’energia
collaborazioni che per portare a buon fine di circa 45 GeV e produsse le prime
un progetto tecnico-scientifico così collisioni nelle zone sperimentali in quello
complesso sarebbe stata necessaria una che fu chiamato il “pilot run’’. Ci fu subito
non semplice struttura gerarchico- una forte competizione fra i quattro
organizzativa. Queste strutture, che esperimenti, tutti operativi, per rivelare il
assunsero la loro forma finale solo dopo primo evento di LEP. Fu OPAL a vederlo,
alcuni anni, erano abbastanza simili nelle ma nel giro di poche ore tutti gli
loro caratteristiche generali. Era previsto esperimenti ne videro almeno uno. La
innanzitutto un organo decisionale forma della risonanza Z0 fu misurata con
scientifico (Collaboration Board o simile) una precisione considerevole già nei due
composto da un rappresentante di ogni mesi successivi, e questo permise agli
Istituzione partecipante all’esperimento, esperimenti di pubblicare subito il primo
presieduto dal portaparola (spokesperson) risultato rilevante: esistono tre e solo tre
della collaborazione. Questa sorta di tipi di neutrini. Contemporaneamente,
parlamentino era coadiuvata da un l’assenza di osservazione dell’ipotetico
comitato esecutivo (steering committee), quark top stava ad indicare che questo
formato da un numero ristretto di esperti doveva avere una massa insolitamente
con potere sulle decisioni tecniche, e da un alta, maggiore di 44.5 GeV/c2 , limite
comitato delle finanze. cinematico per la sua produzione in
Ciascuno dei progetti nei quali era coppia.
suddiviso l’apparato sperimentale, Il numero di giovani fisici al CERN
tipicamente un sottorivelatore con aumentò considerevolmente, e tutti
funzioni specifiche (calorimetri, rivelatori lavoravano instancabilmente con grande
di muoni, camere centrali ecc.) o una passione ed interesse. Questo periodo è
componente omogenea dell’esperimento ricordato da tutti come uno dei migliori
(sistema di trigger, acquisizione dati, del LEP.
software di ricostruzione ecc.), aveva un Il LEP e le misure di precisione. Col
responsabile (project leader) che nei vari progredire della precisione sulla misura
anni ha coordinato l’attività degli svariati della massa della Z0, dovuto soprattutto al
ricercatori, tecnici e studenti nelle fasi di costante aumento della luminosità, si
progettazione, di costruzione e, infine, di verificarono alcuni fatti curiosi. Uno dei
mantenimento del sistema. Analogamente, quattro esperimenti otteneva un valore
le numerose attività di analisi dei dati che della massa significativamente diverso da
si svolgevano, e tutt’ora si svolgono, in quello ottenuto dagli altri. La convinzione
parallelo, erano raggruppate in settori di da parte dei fisici di quell’esperimento di
fisica omogenei (working groups) e aver considerato tutte le sorgenti di errore
coordinati da uno o due “conveners’’. sistematico legate al proprio apparato,
Infine, uno o due coordinatori di fisica portò alla conclusione che l’effetto dovesse
avevano il compito di supervisionare le essere legato ad una imperfetta
attività dei working groups e di fungere da conoscenza dell’energia dei fasci di
intermediari ufficiali della collaborazione elettroni e positroni nell’acceleratore in
per le questioni relative alle analisi. corrispondenza di quella particolare zona
Ogni collaborazione, oltre a numerosi sperimentale. Questa possibilità era stata
meetings specifici, organizzava esclusa dai tecnici di LEP, ma una analisi
tipicamente quattro riunioni plenarie più rigorosa rivelò un piccolo effetto
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 9ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
dovuto al sistema di radiofrequenze delle Miglioramenti tecnici nei rivelatori.
cavità acceleratici che poteva influenzare Durante i primi anni di presa dati ci si rese
localmente l’energia dei fasci. L’entità conto che si potevano ottenere risultati più
dell’effetto era di qualche parte su precisi e aprire nuove possibilità
diecimila, ma la correzione da applicare fu sperimentali con l’aggiunta di alcuni
sufficiente per far sì che la misura della sottorivelatori particolari.
massa della Z0 risultasse in accordo col ALEPH fu il primo dei quattro
valore ottenuto dagli altri esperimenti. Ci esperimenti a dotarsi di un rivelatore di
si rese quindi conto che anche i dettagli “vertice’’ utilizzando rivelatori a stato
apparentemente più insignificanti solido: divenne così possibile rivelare il
dovevano essere valutati con grande cura. vertice primario d’interazione e quelli
Nel frattempo era stato osservato secondari di decadimento con una
un nuovo effetto: il valore della massa precisione di una decina di micron. Questo
della Z0 ottenuto dai quattro esperimenti permise lo studio di eventi nei quali si
variava leggermente se misurato su brevi producevano adroni con quark b, adroni
intervalli di tempo. Destò una certa che hanno vite medie molto brevi,
meraviglia l’apprendere che l’effetto era corrispondenti a distanze percorse fra
dovuto alle forze di marea le quali, produzione e decadimento di alcuni
deformando di qualche centimetro le millimetri. Si aprì così un filone di studi,
dimensioni del tunnel di LEP e di quello dei “sapori pesanti’’, cha ha dato
conseguenza del suo sistema di magneti, risultati molto importanti. La stessa cosa
influenzavano il valore dell’energia dei avvenne per il leptone τ.
fasci. Fu adottato un metodo di misura più Ci si accorse anche che le incertezze
sofisticato e si riuscì a mostrare nelle misure assolute di sezioni d’urto
inequivocabilmente la correlazione fra potevano essere fortemente ridotte se si
quest’ultima e le maree! fossero misurate con maggior precisione e
Ultima in ordine di tempo, fino ad angoli più piccoli le collisioni
l’osservazione di un misterioso “disturbo’’ elastiche positrone-elettrone (Bhabha
sempre sul valore dell’energia dei fasci che scattering) per diminuire l’errore
si presentava, per brevissimi periodi, sperimentale sulla misura della
durante il giorno ma non di notte. Fu così luminosità. Questo divenne possibile con
scoperto il “TGV effect’’, cioè l’effetto la costruzione dei “luminometri”,
prodotto dal passaggio dei treni francesi utilizzanti la tecnologia dei rivelatori a
(TGV) che durante il giorno collegano silicio, con i quali divenne possibile
Ginevra con Lione e Parigi. Una parte misurare la luminosità del collisionatore
della corrente elettrica persa attraverso i con una precisione inferiore a 0.1 %. Il
binari sul terreno circostante ritornava alla miglioramento fu tale che l’errore sulla
stazione di potenza del sistema attraverso misura della luminosità divenne dominato
il tunnel di LEP, sfruttando l’ottima da incertezze di origine teorica. Fu quindi
conducibilità elettrica del tubo a vuoto necessario calcolare con maggior
dell’acceleratore. Il flusso di corrente agiva precisione le correzioni radiative allo
sul campo magnetico dei dipoli e di scattering Bhabha: nacque così un
conseguenza sull’energia dei fasci. profondo collegamento fra fisici
Ci volle molto tempo, ma alla fine sperimentali e fisici teorici, collegamento
tutti questi effetti vennero valutati che permane tuttora.
accuratamente. Questo permise di Anche per la costruzione del miglior
migliorare la calibrazione energetica di luminometro si gareggiò. Forse è solo un
LEP ad un punto tale che l’incertezza sul caso, ma DELPHI fece costruire la parte
valore della massa della Z0 potè essere meccanica del proprio apparato a
ridotta di un fattore 10 rispetto a quanto Maranello!
previsto nel progetto originale. Importanti visite agli esperimenti al
LEP. Dal 1989 al 2000, il LEP e i quattro
esperimenti sono stati visitati da un
numero impressionante di visitatori
importanti, provenienti da tutte le parti
del mondo. Anche le diverse migliaia di
studenti delle scuole medie superiori che
ogni anno visitano i laboratori del CERN
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 10ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
venivano quasi sempre inviate ai pozzi del ulteriormente in affidabilità e in
LEP. Gli studenti provenivano da tutte le luminosità. Ciò permise di effettuare
nazioni europee, e in particolare dall’Italia misure di precisione anche per i bosoni
[circa la metà dei visitatori]. Gli W+W-, di dimostrare l’esistenza del vertice
esperimenti al LEP, le nuove tecnologie e i bosonico triplo Z0 W +W - e di estendere le
risultati fisici sono stati spesso citati dalla ricerche di nuove particelle sino alle piu’
stampa e anche nel web (vedi per es. le alte energie del LEP.
“Physics Pictures of the week” che mostrano Il calcolo scientifico. Il calcolo
“classic images from the world of particle scientifico riguardava il calcolo on-line, la
physics featuring discoveries, people, ricostruzione degli eventi, simulazioni
experiments or images that are simply too good Monte Carlo e analisi fisiche.
to look at”). Il calcolo on-line veniva fatto
I contributi italiani. I contributi italiani principalmente con clusters di Vax-stations;
sono stati molto importanti in tutte le fasi vi sono stati molti cambiamenti, ma non
dei quattro esperimenti al LEP: nella così tanti come per il calcolo off-line,
costruzione, nelle analisi fisiche e negli perché è più difficile fare cambiamenti
organi di governo degli esperimenti (6 nell’on-line su esperimenti che stanno
fisici italiani sono stati o sono ancora prendendo dati.
spokesperson degli esperimenti). Anche il Il calcolo off-line ha avuto cambiamenti
contributo finanziario è stato rilevante. molto radicali, seguendo i veloci progressi
Il ruolo dei fisici teorici italiani non è degli elaboratori. Nel 1983 la maggior
stato da meno: hanno contribuito in modo parte delle simulazioni off-line erano fatte
determinante ai calcoli delle correzioni su “grandi calcolatori” del tipo IBM
radiative necessarie per le misure di 370/168 (che chiameremo “una unità”);
precisione ed hanno esteso la questi calcolatori si trovavano in grandi
collaborazione a quasi tutti i campi di centri di calcolo. Nel 1983 il CERN
ricerca del LEP. dichiarò di contribuire al calcolo di
La collaborazione tra fisici sperimentali ciascun esperimento con due unità; nel
e teorici è stata fin dall’inizio cordiale e 1985 tale numero salì a tre unità. Nel 2001
fruttuosa; assieme hanno inoltre ciascun esperimento disponeva di circa
organizzato ogni anno un convegno 1000 unità equivalenti! Questo drastico
nazionale sulla fisica al LEP, molto seguito cambiamento avvenne in “steps’’: i grandi
ed apprezzato. calcolatori furono sostituiti da clusters di
Da LEP1 a LEP2. Dall’agosto 1989 sino Workstations (Vax-VMS, HP-unix, Silicon
alla metà del 1995 il LEP ha operato ad Graphics) e negli ultimi tempi si è passati
energie vicine al picco della risonanza Z0. a clusters di PC sotto Linux.
La luminosità del LEP aumentò con Durante lo stesso periodo i grossi
regolarità, e tutti i campi di ricerca nastri magnetici furono sostituiti da
beneficiarono considerevolmente cartucce magnetiche sempre più piccole e
dell’aumento di statistica. Ancora oggi ora molto più capienti, fino ad arrivare al
escono pubblicazioni relative alla grande Terabyte con dischi rigidi!
quantità di dati raccolti in quella fase. In questo periodo il sistema di reti
Dal 1994 tutti gli esperimenti iniziarono fra calcolatori si potenziò enormemente e
ad apportare una serie di migliorie ad il CERN fece la sua più grande
alcuni sottorivelatori per prepararsi alla invenzione: WWW, il World-Wide-Web.
fase di LEP2. Una di queste, effettuata da “Produttività scientifica’’. Dall’inizio
tutti gli esperimenti, fu la progettazione e del LEP sono stati pubblicati circa 1100
implementazione di rivelatori di lavori su riviste scientifiche internazionali
microvertice più lunghi e più precisi, in con referees; i lavori riguardano circa 1750
vista di nuove ricerche del bosone di autori. La figura 5 mostra l’evoluzione
Higgs e di nuovi studi sulla fisica del quark temporale del numero integrato di
b e del leptone τ. pubblicazioni da parte delle quattro
Il LEP2 permise di effettuare misure ad collaborazioni.
energie nel centro di massa da 130 a 209
GeV con l’acceleratore che migliorò
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 11ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
Figura 5. Il numero integrato di pubblicazioni scientifiche da parte di ogni
collaborazione al LEP nel periodo 1989-2002.
FIGURA 5
La Tabella 1 mostra il numero medio di si può dire che gli esperimenti al LEP si
autori per pubblicazione ed il rapporto ⟨R⟩ difendono bene. E’ da notare come il
= (numero di pubblicazioni/numero di rapporto ⟨R⟩ sia in generale sensibilmente
autori) per grandi esperimenti effettuati a inferiore a 1. E’ molto difficile raggiungere
diversi collisionatori. E’ difficile fare un una pubblicazione per autore. Ed è molto
confronto diretto tra i diversi esperimenti difficile spiegare ai colleghi di altri campi
e tra esperimenti a collisionatori diversi; della fisica il perché di tanti autori per
inoltre il rapporto non tiene conto della pubblicazione e il perché di un così basso
qualità delle pubblicazioni, né di scoperte numero di pubblicazioni se riferito al
particolarmente importanti. Ad ogni modo numero di autori!
Tabella 1. Varie collaborazioni in fisica delle alte energie, il numero medio approssimato
degli autori ed il rapporto ⟨R⟩ = numero di pubblicazioni scientifiche/numero di autori,
vedi testo. I valori si riferiscono alla produzione scientifica fino al 2000.
Collaborazione Numero medio di autori ⟨R⟩
LEP 330 – 550 0.5 – 1
CDF - D0 400 – 470 0.3 - 0.5
H1 – ZEUS 420 – 460 0.23
UA1 – UA2 65 – 150 0.33
“Visibilità” dei giovani ricercatori. Per ricercatori riesce a trovare un proprio
giovani ricercatori (e anche per professori ruolo e la propria visibilità. Sembra che
associati) è molto importante che l’attività questo sia invece un po’ più difficile per
di ricerca venga propriamente ricercatori al livello di professori associati.
riconosciuta e che essi abbiano una certa
“visibilità” sia all’interno che all’esterno
della collaborazione. Si potrebbe pensare
che ciò sia difficile in grandi collaborazioni
con centinaia di fisici. A causa della
grande frammentazione di responsabilità,
sia nella costruzione e mantenimento degli
apparati sia nelle fasi di analisi, ogni
ricercatore può invece trovare un proprio
ruolo. All’interno di ogni collaborazione vi
sono state e vi sono regolari presentazioni
nei working groups e nelle riunioni
plenarie; vi è inoltre la possibilità di
scrivere note interne (con e senza referees)
firmate da pochi autori.
Per la visibilità all’esterno di una
collaborazione vi sono molte conferenze,
workshop, scuole estive e invernali, dove
possono essere presentati risultati tecnici e
di analisi fisiche (in realtà nella seconda
fase di ogni esperimento sono
avvantaggiati i ricercatori che svolgono
analisi fisiche).
Le indagini effettuate dall’ECFA
indicano che la maggior parte dei giovani
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 12ANALYSIS Rivista di cultura e politica scientifica N. 3+4/2002
Il Comitato LEPC. Il Comitato per gli ultima riunione del 2000 incluse
Esperimenti al LEP fu formato subito dopo discussioni su LHC? Si farà un’ultima
l’approvazione del LEP e ha giocato un riunione formale nel prossimo anno?
ruolo molto importante in tutte le fasi Come già detto gli esperimenti al LEP
degli esperimenti: nell’approvazione, diedero un’importante stima della massa
durante la costruzione, nei miglioramenti del bosone di Higgs tramite misure di
tecnici, nelle relazioni con gli esperti del precisione ad energie al di sotto della
collisionatore, durante le analisi fisiche. Il soglia; oltre ad un limite inferiore diretto
comitato terminò bruscamente la sua hanno dato una possibile indicazione di
attività alla fine del 2000, dopo che i suoi segnale alle massime energie utilizzate.
membri, interpellati dal Direttore Generale Vale la pena ricordare che sin dall’inizio
per avere un parere sull’opportunità di della sperimentazione i quattro
proseguire o meno col LEP un altro anno esperimenti fecero a gara per ricercare il
sulla base di una richiesta congiunta delle bosone di Higgs in modo indipendente;
quattro collaborazioni, non riuscirono a ma alla fine, analogamente a quanto fatto
trovare un accordo: fu una fine gloriosa? per le misure elettrodeboli, cercarono di
Investigò in modo completo la possibilità combinare tutti i dati per ottenere la
di acquistare al momento opportuno tutte massima significatività. Questo
le radiofrequenze superconduttrici cambiamento di strategia è ben mostrato
necessarie per portare l’energia del LEP al nella figura 6. Abbiamo raggiunto un
valore massimo possibile? Perché nella sua risultato credibile? Su ciò si discute ancora.
Figura 6. La ricerca del bosone di Higgs al LEP (cortesia di G. Forconi, L3).
FIGURA 6
I segretariati dei quattro esperimenti. di offrire al proprio esperimento il
Ogni esperimento aveva al CERN un supporto migliore.
segretariato efficientissimo, che Lo sport. I quattro esperimenti
provvedeva a rispondere non solo a parteciparono attivamente e con grande
problemi scientifici e burocratici, ma che entusiamo anche alla vita sportiva del
era pronto a risolvere in ogni momento CERN. Uno degli appuntamenti più sentiti
anche i problemi pratici più disparati, è probabilmente rappresentato dalla gara
generati spesso dalle dimenticanze o a staffetta, fra squadre composte da sei
“sviste’’ tipiche dei fisici. Gli ultimi podisti, che annualmente si danno
arrivati trovavano nei segretariati un aiuto battaglia lungo i quasi 4 km di percorso
ed una fonte di informazioni aggiornate per le vie del Laboratorio. Le squadre
insostituibili per risolvere i classici devono avere una affinità (tutti corridori
problemi legati alla ricerca di alloggio, alle della stessa divisione, o dello stesso
dogane, alla lingua francese e esperimento, o Università, ecc.) ed ogni
all’inserimento nella comunità locale, esperimento LEP poteva permettersi di
scientifica e non. avere staffette più o meno in tutte le
Prima dell’avvento massiccio del categorie (senior, veterani, dame, open).
web i segretariati, con i loro archivi Una partecipazione massiccia (tipicamente
cartacei ben organizzati, costituivano la una cinquantina di squadre) ed un
“memoria storica’’ dell’esperimento ed il pubblico numeroso e simpatico, hanno
luogo per eccellenza nel quale trovare le sempre reso questa competizione un
informazioni che interessavano i evento atteso. Durante questo periodo lo
ricercatori: pubblicazioni, rapporti interni, spirito sportivo e quello di gruppo hanno
fotocopie dei lucidi di presentazioni a raggiunto il loro livello massimo: i
conferenze o a meetings di gruppo, ecc. corridori, sostenuti lungo tutto il percorso
Una parte del merito della riuscita di LEP da un tifo quasi calcistico, davano il
va quindi anche a questo personale, ed massimo ed erano contenti anche quando
abbiamo l’impressione che il vincevano la “random cup” (estratta a sorte
coinvolgimento nello spirito di gruppo fra tutte le squadre partecipanti) o il
fosse tale da generare una sorta di premio riservato alla squadra arrivata
competizione anche fra segretariati, al fine ultima! Una provvidenziale ambulanza
Fabbri, Giacomelli: LEP al CERN 13Puoi anche leggere
