Perché i fisici hanno provato a mettere un furetto in un acceleratore di particelle

Nel febbraio 1971, i fisici del National Accelerator Laboratory di Batavia, nell'Illinois, iniziarono a testare la macchina più grande del mondo: un acceleratore di particelle di protone sincrotrone a forma di anello da 200 miliardi di elettronvolt (BeV*). La posta in gioco era alta. Il direttore della NAL, Bob Wilson, aveva detto al Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti che avrebbe potuto farlo funzionare entro cinque anni per 250 milioni di dollari, e dopo quattro anni si imbatterono in un problema sconcertante: i magneti essenziali per il suo funzionamento continuavano a guastarsi.

La soluzione low-tech proposta per questo problema high-tech? Un furetto di nome Felicia.

Ma prima, un po’ di background. Il NAL, oggi noto come Fermilab, dal nome del fisico Enrico Fermi, è dotato di una catena di acceleratori: un acceleratore lineare (linac), un booster, un anello riciclatore e un anello iniettore principale. Il linac fornisce il fascio di protoni e la scossa iniziale di energia; il booster lo accelera; il riciclatore lo "raggruppa" in gruppi di protoni per un fascio più intenso; e l'anello dell'iniettore principale comprime il raggio decine di migliaia di volte quasi alla velocità della luce. Le particelle vengono poi inviate a vari impianti di prova, dove vengono frantumate insieme o contro un bersaglio fisso. La collisione risultante, osservata da un rilevatore di particelle, ne rivela l'interno e talvolta crea particelle esotiche. Questi sono gli elementi fondamentali dell'universo.

Nel 1971 il design era leggermente diverso; per prima cosa, gli anelli dell'iniettore e del riciclatore non esistevano. Ciò che fece fu un acceleratore attorno a quattro miglia chiamato anello principale. Era dotato di magneti che guidano il raggio attraverso gli acceleratori: "774 magneti dipolari, che guidano il fascio di particelle, e 240 magneti quadrupolari, che focalizzano il raggio", come ha ricordato il fisico Ryuji Yamada, che ha progettato il magnete dipolo.

Questi non sono magneti da frigo: ciascuno è lungo 20 piedi e pesa quasi 13 tonnellate. Inizialmente, solo due magneti si guastarono quando si ruppe l’isolamento in fibra di vetro attorno alle loro bobine. Presto divennero due al giorno. Nei mesi successivi, il team ha sostituito 350 magneti.

Eppure, il 30 giugno 1971, riuscirono a inviare per la prima volta un raggio di particelle attorno all’anello. Ad agosto ne hanno inviato uno circa 10.000 volte. Ma quando hanno provato ad accelerare le particelle sopra i sette BeV, i magneti sono andati in cortocircuito.

Yamada finalmente capì la causa: schegge di metallo lasciate indietro quando tagliarono i tubi a vuoto. "Così, quando i magneti furono eccitati da un campo più elevato", scrisse, "furono trascinati all'interno dello spazio magnetico, si alzarono e fermarono il raggio, perché erano materiale leggermente magnetico".

Dovevano togliere le schegge. Ma come?

Robert Sheldon, un ingegnere britannico che era stato portato alla NAL per trovare "scorciatoie e idee per risparmiare denaro", suggerì che un furetto, dotato di uno strumento per la pulizia, potrebbe fare il lavoro, correndo attraverso i tubi a vuoto come se stesse stanando i conigli. di un canale. "Nella sua parte dello Yorkshire, i cacciatori usavano i furetti", ha scritto Frank Beck, ex capo dei servizi di ricerca del Fermilab. "Un furetto non esiterebbe a correre all'interno del tubo di acciaio inossidabile, anche se ciò comportasse un lungo viaggio verso l'ignoto."

Il furetto è arrivato tramite consegna speciale dalla Wild Game and Fur Farm di Gaylord, Minnesota. Con i suoi 15 pollici di lunghezza, era il furetto più piccolo che avessero mai avuto. La sua pelliccia era marrone e nera, ad eccezione delle macchie bianche sul viso. La chiamavano Felicia. Costa $ 35.

Hanno messo un collare personalizzato attorno al collo di Felicia e un pannolino attorno al suo sedere; anche la cacca di un furetto in un tubo fermerebbe un protone. Hanno attaccato una corda al colletto. Felicia doveva portare lo spago da un'estremità all'altra di un tubo. Quindi attaccavano un tampone imbevuto di detergente alla corda e lo facevano passare.

Ma Felicia si rifiutò di entrare nel tubo a vuoto dell'anello principale. Forse era scoraggiata dallo stretto anello nero e senza luce: aveva un perimetro di quattro miglia.

Di fronte a un furetto recalcitrante, gli scienziati lo riassegnarono a una sezione di tubi larghi 12 pollici nel Meson Lab, una struttura di test ancora in costruzione. "Le è stato insegnato a correre attraverso tunnel progressivamente più lunghi finché non è stata pronta a provare una delle sezioni di 300 piedi che saranno unite insieme per realizzare i tubi del Meson Lab", ha osservato Time.