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LHC è il più grande e più potente acceleratore del mondo. È stato costruito per entrare in territori sconosciuti, oltre il modello standard. Il motivo è che ci sono ancora punti oscuri nel modello standard, malgrado il suo grande successo nello spiegare i mattoni elementari della materia, le forze del nostro universo e le conferme sperimentali ottenute ad oggi. Gli esperimenti in LHC forniranno risposte ad alcune delle domande ancora aperte, come quale sia il meccanismo che fornisce le masse alle particelle o perché l'universo contenga più materia che antimateria.
Per ottenere queste risposte pacchetti di protoni vengono sparati contro altri pacchetti di protoni. Ma quali sono gli oggetti che interagiscono in una collisione protone-protone? Si tratta dei componenti dei protoni (gluoni e/o quark). Puoi avere un'idea di cosa succeda in una collisione dal grafico sottostante:
Durante la fase iniziale di LHC, i fisici hanno tenuto d'occhio ogni particella elementare già nota appartenente al modello standard, per verificare il buon funzionamento dell'acceleratore e dell'apparato. Tutte queste particelle sono state ritrovate con successo nelle prime settimane di presa dati, in particolare quelle composte di coppie quark-antiquark (dette charmonio e bottomonio, scoperte rispettivamente nel 1974 e nel 1977), il quark top (visto la prima volta nel 1995) ed i bosoni W e Z (scoperti al Cern nel 1983, dal premio Nobel italiano Carlo Rubbia). Per scoprire nuove particelle nelle collisioni protone-protone, è necessario riconoscere in maniera sicura le particelle note; questo è utile non solo per confermare i risultati già ottenuti in passato, ma anche per capire come la fisica già nota si presenta a LHC (ricordatevi che le energie in gioco sono le maggiori mai raggiunte).
Focalizziamo la nostra attenzione su una particella come il bosone W. Cerchiamo di capire cosa questa particella, mediatrice della forza debole, ci sta dicendo su se stessa e come appare nel rivelatore ATLAS.