L'esperimento ATLAS è il più grande rivelatore di particelle del Large Hadron Collider (LHC), il più grande collisore atomico del mondo. L'esperimento ATLAS (abbreviazione di "A Toroidal LHC Apparatus") rileva le minuscole particelle subatomiche create dopo che fasci di particelle si schiantano l'uno contro l'altro, a velocità prossime a quella della luce, presso l'LHC, che è gestito dall'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN). I fisici dell'LHC hanno scoprirono il bosone di Higgs nel 2012, grazie, in gran parte, ai risultati dell'esperimento ATLAS.
Fasci di particelle all'LHC girano intorno a un anello sotterraneo lungo 27 chilometri situato nei pressi di Ginevra, prima di schiantarsi l'uno contro l'altro. Le collisioni creano particelle che volano fuori in tutte le direzioni, ed è compito di un rilevatore di particelle catturare quante più informazioni possibili su di loro.
Le particelle normalmente viaggiano in linea retta, ma se hanno una carica elettrica diversa da zero, i loro percorsi possono essere fatti curvare applicando un forte campo magnetico. Nel caso di ATLAS, questo si ottiene utilizzando una serie di elettromagneti a forma di ciambella enormemente potenti chiamati toroidi. Questi toroidi danno ad ATLAS il suo nome, secondo ATLAS Open Data. La quantità di curvatura dipende dalla quantità di moto di una particella, quindi è possibile calcolarla tracciando la traiettoria esatta di una particella.
Questo viene fatto dal rilevatore interno di ATLAS, che secondo il CERN è composto da tre strati. In primo luogo, a soli 3,3 centimetri dal fascio centrale, c'è una matrice di quasi 100 milioni di pixel di silicio, ciascuno più piccolo di un granello di sabbia, per rilevare particelle cariche mentre schizzano fuori dal punto di collisione.
Intorno al rilevatore di pixel c'è un localizzatore a semiconduttore composto da milioni di "micro-strisce" di sensori, che fornisce un ulteriore tracciamento delle particelle emesse. Infine, un tracciatore di radiazione di transizione composto da 300.000 tubi riempiti di gas, ciascuno di 4 millimetri di diametro, viene utilizzato sia per rilevare che per identificare le particelle cariche mentre ionizzano il gas.
Il rivelatore interno è circondato da una serie di calorimetri, dispositivi che fermano e assorbono le particelle per misurare la loro energia. Infine, la parte più esterna del sistema è costituita da uno spettrometro ad alta precisione a tre strati volto a rilevare un tipo di particella particolarmente sfuggente chiamato muone.
Con una lunghezza di 46 metri, un diametro di 25 m e un peso di 7.000 tonnellate, ATLAS è il più grande rilevatore di collisioni mai costruito, secondo il Science and Technology Facilities Council del Regno Unito. Si trova in una caverna sotterranea a 100 m sotto la superficie, vicino al villaggio di Meyrin in Svizzera. La sua caratteristica più distintiva, il suo enorme sistema magnetico, assume la forma di otto toroidi superconduttori, ciascuno di 25 m di lunghezza.
Le collisioni di particelle che avvengono nel cuore del rivelatore lo fanno ad una velocità di circa un miliardo al secondo, secondo il sito web dell'esperimento ATLAS. I dati di queste collisioni vengono registrati utilizzando oltre 100 milioni di canali elettronici, prima di essere analizzati da team di scienziati sparsi in tutto il mondo. Con oltre 5.500 membri, la comunità ATLAS è una delle più grandi collaborazioni scientifiche della storia.
ATLAS è uno dei due rivelatori generici dell'LHC, insieme all'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS), secondo il CERN. Sebbene i due rivelatori differiscano nel loro approccio tecnico e nel design del magnete, hanno gli stessi obiettivi scientifici di base. Secondo il team ATLAS dell'University College di Londra, questi includono affrontare alcune delle più grandi domande senza risposta che gli scienziati hanno sull'universo, come l'esatta natura della materia oscura, perché la materia è molto più abbondante dell'antimateria e se lo spazio ha altre dimensioni non scoperte.
Il più grande momento di ATLAS fino ad oggi è stato senza dubbio la scoperta del bosone di Higgs. Si prevedeva che questa particella esistesse nel lontano 1960 ma, a causa della sua grande massa e della sua fugace esistenza, non era mai stata osservata con le precedenti generazioni di rivelatori di particelle. Tuttavia, la lunga ricerca si è finalmente conclusa nel 2012, quando sia ATLAS che CMS hanno rilevato la particella di Higgs.
Nel tempo trascorso dalla scoperta di Higgs, ATLAS è sempre stato al lavoro. Nel giugno 2021, la collaborazione ATLAS ha presentato il suo 1.000 ° articolo scientifico per la pubblicazione, secondo il CERN. Questa è una quantità davvero sorprendente di ricerca all'avanguardia che esce da una singola struttura nel corso di 10 anni. Ma il suo lavoro non è ancora finito, perché gli scienziati sono ancora alla ricerca della prossima grande scoperta oltre il bosone di Higgs.
Per molto tempo, si è creduto che la scoperta del bosone di Higgs potesse coinvolgere un'intera famiglia di particelle "supersimmetriche" teoricamente previste. Ma uno studio del 2021 condotto dai ricercatori ATLAS non ha trovato nulla del genere, ha riferito in precedenza Live Science. Questa è una cattiva notizia per i teorici, ma non necessariamente per il resto degli scienziati, perché significa che la svolta, quando finalmente arriverà, potrebbe essere qualcosa di totalmente inaspettato.