Il LEP era lo strumento di ricerca simbolo del CERN fino al 2000. Esso conteneva 4 grandi esperimenti chiamati ALEPH, DELPHI, L3 e OPAL, entro cui si sono scontrati i fasci per circa 10 anni. Il LEP operava tipicamente con 4 fiotti di elettroni e 4 di positroni rotanti in senso opposto. Questi fiotti potevano collidere in 4 punti corrispondenti ai 4 esperimenti . Ciascun fiotto conteneva circa 250 miliardi di particelle ed era lungo appena 1 cm e aveva una sezione circolare di 1 mm di raggio. Questo ci dà un'idea di quanto piccoli siano gli elettroni!
I fiotti di particelle giravano nell'anello quasi alla velocità della luce . A questa velocità, le particelle nel LEP percorrevano 11200 giri / secondo e si scontravano 44800 volte al secondo nei 4 rivelatori. Il fatto poi che le collisioni fra 1 singolo elettrone ed 1 singolo positrone avvenissero solamente poche volte al secondo, è un'altra indicazione di quanto piccoli siano gli elettroni.
Piu' sotto la vista schematica del Cern.
Gli enormi acceleratori (il LEP ha una circonferenza di 27 Km, l'SPS di 7 Km) come gia' visto per l"HLC.
Le particelle usate per le collisioni al LEP iniziavano la loro vita nel LIL, il Linear Injector. Esse erano poi accumulate in un dispositivo chiamato EPA (Electron-Positron-Accumulator) fino a che non si raggiungeva un numero adeguato per formare un fiotto. I fiotti erano successivamente accelerati attraverso piccoli acceleratori circolari chiamati PS (Proto-Sincrotrone) e SPS (Super-Proto-Sincrotrone) ciascuno dei quali era esso stesso uno strumento di ricerca per i fisici prima del LEP. Nel LEP finalmente, gli elettroni ricevevano l'ultimo contributo di energia prima di venir fatti scontrare al centro dei 4 esperimenti.
Campi elettrici di 6 milioni di volt / m presenti nelle cosiddette cavità acceleratrici, spingevano i fiotti di particelle ad una enorme energia che aumentava di 3 miliardi di eV (3 GeV) ogni giro.Facciamo un'esempio
Se un elettrone ed un positrone sono accelerati da una differenza di potenziale di 470 Megavolts, ciascuno avrà un'energia di 470 MeV. Se collidessero frontalmente, l'energia di tutta la collisione sarebbe 940 MeV. Questa energia sarebbe sufficiente per produrre un neutrone (fermo) in accordo con la famosa equazione di Einstein E = mc2 che afferma che l'energia si può trasformare in massa e viceversa. E' per questo motivo che i fisici delle particelle spesso parlano di masse delle particelle in termini di elettronvolt:m = E/c2 = 940 MeV/c2
Al LEP gli elettroni venivano accelerati ad una energia di 45.625 GeV (Giga elettron Volt) , per avere come risultato collisioni con energia di 91.25 GeV. Questa energia corrisponde esattamente a quella necessaria per produrre la particella Z0, il bosone vettore neutro delle interazioni deboli.
Sembra un'energia enorme e lo è nel mondo microscopico, La differenza sostanziale è che questa (piccola) energia è concentrata in un volume piccolissimo .
Esistono poi delle particelle di incredibile energia che ci colpiscono ogni giorno,sono i Raggi Cosmici
primari, particelle di alta energia che bombardano continuamente la Terra da ogni direzione. L'atmosfera, fortunatamente, ci protegge come uno scudo invisibile da queste radiazioni, facendole interagire molto in alto, diciamo sui 30-60 Km d'altezza dalla superficie. In questo modo si formano sciami innocui di particelle secondarie di energia molto più bassa che raggiungono la superficie. Comunque i primari conservano sicuramente alcuni segreti dell'Universo, così diventa importante studiarli a fondo. Per fare ciò si possono seguire 2 strade diverse: la prima consiste nel costruire enormi array di rivelatori di particelle sulla superficie terrestre per ricostruire gli sciami estesi di bassa energia (vedi per esempio i rivelatori EAS TOP del Gran sasso); la seconda è quella di portare i rivelatori di particelle direttamente nello spazio attraverso palloni sonda molto alti o addirittura nella stiva delle navicelle spaziali.
Lo sciame che raggiunge la superficie terrestre è composto di molti milioni di particelle. Distribuendo i rivelatori su aree di grandi dimensioni ,per raccogliere il maggior numero di R.C. secondari, gli scienziati cercano di determinare la direzione dei R.C. primari e la loro energia.
La pampa Argentina vicino a Mendoza è il sito meridionale con il più grande osservatorio mondiale di raggi cosmici. Un sito nello Utah, USA, osserva l'emisfero Nord del cielo.Vedi sotto la foto in esterno ed interno del rivelatore.
La dimensione degli sciami è una delle ragioni per cui i rivelatori di R.C. terrestri devono coprire un'area così grande. La seconda ragione riguarda il fatto che le particelle di altissima energia, diciamo intorno i 1020 eV o più, sono rarissime e capitano 1 ogni 100 anni per Km^2. Più superficie quindi riusciamo a coprire e maggiore sarà la probabilità, in un dato tempo, di catturarli.
Un tipo comune di rivelatori terrestri consiste di grandi volumi passivi contenenti acqua. Le particelle dello sciame collidono con i nuclei delle molecole d'acqua dando origine a prodotti che possono essere rivelati da fotomoltiplicatori che ricoprono le pareti interne dei contenitori. Altri esperimenti usano molti strati di rivelatori a gas per rivelare le particelle dello sciame osservando le tracce lasciate nel gas stesso per ionizzazione. Combinando i dati provenienti da installazioni situate ad una certa distanza l'una dall'altra in una sorta di griglia, si può ottenere l'equivalente di un grande rivelatore senza dover fisicamente coprire tutta l'area: similmente a ciò che avviene per l'interferometria radio ed ottica.
