Energia

Il luminoso futuro di LHC

Mentre il super acceleratore è "in letargo" per il riposo invernale, gli scienziati del CERN progettano le prossime fasi di ricerca nonché alcuni importanti upgrade.

Il Large Hadron Collider si trova ora nell'ultimo anno della seconda stagione di raccolta dati: mentre il super acceleratore di particelle riposa nei consueti mesi di stop invernale, i suoi ricercatori stanno lavorando febbrilmente ai dati raccolti dal 2015 ad oggi.

Nuova veste. Il Run Two si concluderà alla fine del 2018, poi per LHC inizierà una cruciale fase di rinnovamento. Tra il 2019 e il 2020 è previsto un lungo periodo di fermo, tecnicamente detto "shutdown".

Durante questa pausa inizieranno i lavori preliminari per lo sviluppo di High-luminosity LHC, un imponente potenziamento di LHC che aumenterà la sua luminosità - cioè il numero di collisioni tra particelle per unità di tempo e di spazio - di un fattore di 10.

Tra il 2025 e il 2035 il "nuovo" Large Hadron Collider potrebbe produrre 15 milioni di bosoni di Higgs all'anno, in confronto agli 1,2 milioni del 2011-2012, quando fu confermata l'esistenza della particella. «Ci serviva più energia e ci servivano più dati» ha detto a IFLS Richard Polifka, portavoce dell'esperimento ATLAS.

Un modello di magnete per l'High-luminosity LHC. © Robert Hradil, Monika Majer/ProStudio22.ch

Gli upgrade. Maggiore il numero delle collisioni, più alte sono le -probabilità di individuare una particella mai scoperta prima o di analizzare con maggiore precisione i fenomeni scoperti finora. Questo ambizioso obiettivo richiede l'installazione di nuove componenti in 1,2 km dei 27 km dell'acceleratore. Tra queste c'è un nuovo set di magneti superconduttori (un centinaio di 11 diversi tipi) ai lati degli esperimenti ATLAS e CMS, che dovrebbero comprimere le particelle più da vicino, aumentando la probabilità di collisioni.

Cambieranno anche i modi di interpretare i dati. Con così tanti segnali, bisognerà trovare un modo rapido di concentrarsi di volta in volta sugli eventi più salienti. I nuovi rivelatori che saranno installati avranno una risposta nell'ordine dei picosecondi (un millesimo di miliardesimo di secondo) che servirà proprio a questo scopo.

Potenziati. ATLAS e CMS sono i due esperimenti generici di LHC, volti a individuare qualunque dato rilevante emerga dalla collisione tra particelle. Gli altri due principali sono ALICE, per lo studio di uno stato estremo della materia (il Quark-Gluon Plasma, esistito nei primi istanti di vita dell'Universo) e LHCb, che sta cercando di misurare l'asimmetria tra materia e antimateria nell'Universo. Entrambi subiranno importanti modifiche dopo il 2019.

LHCb affronterà un potenziamento che gli permetterà di raccogliere un campione di dati circa 10 volte maggiore di quello raccolto finora. Attualmente le limitazioni dovute all'età non gli permettono di testare alcune predizioni sul decadimento di particelle con la precisione necessaria. Anche ALICE affronterà un upgrade che gli consentirà di incrementare di 100 volte il ritmo di raccolta dati, rispetto a oggi.

Sarà sostituito il suo rilevatore più interno, e saranno prodotti sensori più sottili di un capello che permetteranno alle particelle che lo attraversano di subire una perturbazione minima.

Nel 2021 inizierà il Run 3, che vedrà tutti gli sforzi concentrarsi sul progetto "Hi-Lumi", il "nuovo corso" di LHC. La speranza è di riuscire ad assistere, in questa nuova fase, a interazioni più inusuali e inaspettate, come quelle - ipotizzabili - tra le particelle di materia oscura e il Bosone di Higgs.

30 gennaio 2018 Elisabetta Intini
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