Perché gli esperimenti al CERN non si possono documentare con video?

Un lettore scrive: "Ho letto dell'esperimento al CERN che ha consentito a un team di ricercatori guidato da un italiano, Giuseppe Ruggero, di osservare per la prima volta un fenomeno rarissimo: il decadimento di una particella chiamata Kaone.  Tuttavia, pur avendo cercato, non esiste alcun video di questo esperimento. Come è possibile che tutto oggi viene filmato?"

Non ci sono video negli esperimenti del CERN (Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare) per diversi motivi tecnici e scientifici legati alla natura degli esperimenti che coinvolgono particelle subatomiche ad altissima velocità e su scala incredibilmente ridotta. Ecco alcune delle principali ragioni:

Scala subatomica

Gli esperimenti condotti al CERN, come quelli nel Large Hadron Collider (LHC), coinvolgono particelle che sono milioni di volte più piccole di un atomo, come i protoni, elettroni, quark e altre particelle subatomiche. Queste particelle sono semplicemente troppo piccole per essere catturate da una videocamera o anche da qualsiasi strumento visivo convenzionale. Le videocamere funzionano con luce visibile, mentre le particelle che si scontrano nel LHC interagiscono su scale e energie ben al di fuori dello spettro visibile.

La luce visibile, che è quella utilizzata dalle videocamere, ha una lunghezza d'onda che varia tra circa 400 e 700 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro). Questa gamma di lunghezze d'onda è sufficiente per osservare oggetti a scala microscopica, come le cellule o alcuni batteri, ma è enormemente più grande rispetto alle dimensioni delle particelle subatomiche coinvolte negli esperimenti del CERN.

Ad esempio, un protone o un elettrone ha una dimensione che si aggira attorno a un femtometro, ovvero un milionesimo di miliardesimo di metro (10⁻¹⁵ metri), quindi milioni di volte più piccolo rispetto alla lunghezza d'onda della luce visibile. Le particelle come i quark, ancora più fondamentali, sono considerate "puntiformi" nel senso che non hanno una dimensione misurabile con gli strumenti attuali.

Le collisioni tra queste particelle nel Large Hadron Collider (LHC) avvengono a energie estremamente elevate, in una scala di lunghezze d'onda ben al di fuori dello spettro visibile. Questo rende impossibile per una videocamera catturare questi eventi, perché le particelle subatomiche non interagiscono con la luce visibile e, anche se lo facessero, sarebbero comunque troppo piccole per essere risolte da un sensore ottico.

Velocità delle particelle

Le particelle nel LHC viaggiano a velocità prossime a quella della luce (circa 300.000 km/s). A queste velocità, è impossibile per una videocamera catturare un’immagine diretta di ciò che avviene durante le collisioni. Anche la fotocamera più avanzata non avrebbe la risoluzione temporale sufficiente per registrare eventi che durano frazioni infinitesimali di secondo (come i miliardesimi di secondo, o nanosecondi).

Natura delle interazioni

Le collisioni di particelle al CERN generano una vasta gamma di eventi che non sono osservabili direttamente. Quando le particelle si scontrano, producono altre particelle e radiazioni che esistono per tempi estremamente brevi e decadono in altre particelle. Questi eventi sono rilevati attraverso rivelatori complessi che misurano tracce, energie e traiettorie delle particelle. Non si tratta di qualcosa che può essere catturato da un video, ma piuttosto da strumenti che convertono questi dati in informazioni comprensibili (come grafici, tracciati, o immagini generate dai dati raccolti).

Uso di rivelatori specializzati

Invece di videocamere, gli esperimenti del CERN utilizzano rivelatori di particelle che sono dispositivi specializzati per catturare segnali derivanti dalle interazioni delle particelle. Ad esempio, i rivelatori possono misurare la quantità di energia depositata da una particella, la sua carica, o la sua traiettoria mentre attraversa il rivelatore. Queste informazioni vengono poi trasformate in rappresentazioni visive o grafiche (come immagini delle tracce delle particelle), ma queste sono elaborate e non si tratta di immagini o video "dal vivo".

Condizioni estreme

Le condizioni all'interno dell'LHC sono estremamente complesse e avvengono in ambienti che non sono adatti per la presenza di videocamere. Le collisioni avvengono all'interno di camere a vuoto a temperature molto basse (vicine allo zero assoluto) e con magneti superconduttori che controllano le traiettorie delle particelle. Anche se ci fossero videocamere, non potrebbero operare in tali condizioni estreme.

Dati molto più informativi dei video

Nel caso del CERN, i dati raccolti dai rivelatori forniscono molte più informazioni di quante ne potrebbe offrire un video tradizionale. Ogni collisione produce enormi quantità di dati (anche petabyte) che descrivono le interazioni delle particelle e le loro caratteristiche. Questi dati vengono analizzati dagli scienziati per cercare segnali di nuove particelle o fenomeni fisici. I risultati finali, come la scoperta del bosone di Higgs nel 2012, si basano su queste analisi complesse e non su osservazioni visive dirette.

Esperimenti complessi su scale che sfidano i sensi umani

Molti fenomeni studiati al CERN sfidano la percezione umana: avvengono su scale temporali (nanosecondi o meno), spaziali (subatomiche), o energetiche (molto al di fuori della nostra esperienza quotidiana). Per queste ragioni, la scienza che si svolge al CERN non si presta alla documentazione visiva convenzionale come i video.

Guarda il video su YouTube: LINK

Perché l'esperimento NA62, che ha permesso di osservare il decadimento di un Kaone, non è osservabile direttamente con una videocamera?

Come detto prima, l'osservazione del decadimento di un Kaone nell'esperimento NA62 al CERN non può essere catturata direttamente da una videocamera per vari motivi legati alla natura delle particelle subatomiche. Il decadimento avviene su una scala incredibilmente piccola, ben oltre la capacità di risoluzione di una videocamera, che funziona con la luce visibile, mentre le particelle come i Kaoni non interagiscono con essa. Inoltre, questi eventi accadono in tempi brevissimi, spesso nell'ordine di nanosecondi, una durata troppo breve per essere catturata anche da una videocamera ad alta velocità. Le particelle subatomiche coinvolte nel processo, come i neutrini, sono invisibili e interagiscono raramente con la materia, rendendo impossibile la loro rilevazione diretta. Per questi motivi, l'esperimento NA62 utilizza rivelatori di particelle specializzati che possono misurare la traccia, l'energia e la traiettoria delle particelle risultanti dal decadimento del Kaone. I dati raccolti vengono poi analizzati e visualizzati attraverso rappresentazioni grafiche, ma non si tratta di immagini visibili con una videocamera. Poiché il decadimento di un Kaone è un evento molto raro, anche se fosse tecnicamente possibile, sarebbe difficile catturarlo al momento giusto con una registrazione video.