CERN: stop all’acceleratore di particelle per quattro anni

L’acceleratore principale del CERN, il Large Hadron Collider (“grande collisore di adroni”, LHC), si prende una pausa per i prossimi quattro anni. La macchina più sofisticata mai costruita dall’uomo ha infatti raggiunto i limiti delle sue prestazioni attuali si prepara a importanti lavori di potenziamento. A partire dal 2030, i ricercatori potranno sfruttare il cosiddetto High-Luminosity Large Hadron Collider (LHC ad alta luminosità, HiLumi LHC) per spingere ancora più in avanti i limiti della conoscenza umana.

LHC è il grande anello di 27 chilometri in cui vengono accelerati e fatti collidere protoni per studiare le fondamenta dell’universo, ricreando condizioni simili a quelle immediatamente successive al Big Bang. È qui che, tra le moltissime scoperte che si sono susseguite dalla sua entrata in funzione nel 2009, nel 2012 è stato osservato il celebre bosone di Higgs. Per poter studiare i fondamenti dell’universo, i ricercatori devono osservare ciò che viene prodotto dalla collisione di particelle ad altissima energia. Lo stato attuale della ricerca impone però di concentrarsi su eventi che si verificano solo raramente. Per poterli comprendere a fondo, occorre quindi ripetere gli esperimenti un numero enorme di volte e raccogliere grandi quantità di dati.

Attualmente, la velocità con la quale LHC può produrre questi eventi rari non permette alla ricerca di continuare a progredire in tempi rapidi e le infrastrutture sono già state sfruttate oltre il loro limite di progettazione.

Il CERN ha quindi deciso di modificare circa 1,2 chilometri dei 27 chilometri dell’anello per aumentare la cosiddetta luminosità del fascio, cioè il numero di collisioni che avvengono tra le particelle in un determinato intervallo di tempo. Un aumento di circa dieci volte della luminosità consentirà di accelerare enormemente la ricerca. “Ciò che oggi richiede circa un anno di raccolta dati potrà essere fatto in poco più di un mese”, spiega Paolo Fessia, deputy director di HiLumi LHC. “Questo permetterà ai fisici di analizzare eventi più rari e più difficili da misurare, aprendo la strada a nuove scoperte”.

HiLumi LHC sarà sfruttato fino al 2040-2042 circa, quando dovrebbe entrare in funzione il nuovo Future Circular Collider (FCC), attualmente previsto intorno al 2045.

Nel concreto, i lavori di potenziamento porteranno miglioramenti ai sistemi di guida del fascio di particelle, facendo in modo che i protoni siano concentrati maggiormente nei punti di collisione e aumentino quindi le interazioni tra loro.

Le particelle sono controllate attraverso potentissimi magneti che agiscono come delle lenti. Per farli funzionare è necessario utilizzare correnti molto intense che non possono circolare nei normali cavi di rame ai quali siamo abituati, perché si surriscalderebbero. Nella costruzione di LHC si è reso quindi necessario utilizzare dei superconduttori, cioè materiali come il niobio-titanio che, a temperature molto basse, trasmettono la corrente senza resistenza elettrica e quindi senza scaldarsi. Per i nuovi magneti di HiLumi LHC, il CERN ha sviluppato, in collaborazione con partner internazionali pubblici e privati, tecnologie basate su un altro superconduttore, il niobio-tristagno.

I risultati di queste ricerche però non portano soltanto prestazioni migliori per gli esperimenti, ma anche un’intera filiera di sviluppo tecnologico e di conoscenze ingegneristiche avanzate. “Le ditte che lavorano con noi ne traggono beneficio perché alla fine del lavoro si ritrovano con capacità ingegneristiche e qualitative che prima non avevano”, precisa l’ingegnere. Accanto agli sforzi per aumentare la luminosità del fascio, ricercatori e ingegneri potenzieranno anche i sistemi di rilevamento degli esperimenti, come ATLAS e CMS, per renderli pronti a funzionare con un numero di collisioni molto più elevato.

Chi lavora con i dati di LHC avrà comunque molto da fare in questo periodo di quattro anni senza nuove collisioni, chiamato in gergo tecnico “Long Shutdown 3”, cioè “arresto lungo 3”, che segue altri due interventi di miglioramento di portata inferiore avvenuti negli scorsi anni. Molti ricercatori si concentreranno sull’analisi dei dati acquisiti negli ultimi anni, dai quali si possono ancora ottenere moltissime informazioni. Altri invece concentreranno i propri sforzi sulla preparazione dei nuovi esperimenti, quando HiLumi LHC sarà pronto.“Non c’è un momento di interruzione. C’è un cambio di prospettiva, però tutti saranno ancora ampiamente occupati nelle attività legate ai dati raccolti o alla preparazione dei nuovi esperimenti”, conclude Fessia.