Più potente e luminoso: ecco come si trasforma l’LHC

Iniziati i lavori per potenziare la macchina che che ci ha permesso di scoprire il bosone di Higgs.

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All'LHC lavorano oltre 3.000 tra tecnici e scienziati per condurre gli esperimenti di fisica delle particelle più grandi e complessi del mondo. Nell'illustrazione, il tunnel di 27 km dell'acceleratore: gli esperimenti sono condotti in differenti "caverne" che ospitano i rivelatori e la strumentazione.|Philippe Mouche

Nell'immaginario di tutti, l’LHC (il Large Hadron Collider, la più potente macchina finora costruita dall'uomo) è inevitabilmente legato alla scoperta del bosone di Higgs, impropriamente detto particella di Dio: teorizzato nel 1964 come particella che dà massa alle altre particelle dell’Universo, è stato rilevato nel 2012 grazie a questo formidabile acceleratore di particelle.

 

L'acceleratore, a cavallo tra Svizzera e Francia, è un anello sotterraneo lungo 27 km: una specie di gigantesca pista al cui interno fasci di particelle, protoni o ioni, vengono accelerati quasi alla velocità della luce e fatti scontrare (collidere) in quattro punti, dove sono collocati i rivelatori (o esperimenti) principali, ATLAS, CMS, ALICE e LHCb, e i più piccoli Totem e LHCf, che rilevano e studiano i prodotti delle collisioni.

 

Più potente e più luminoso. Ora si è deciso di renderlo ancora più potente per tentare di rilevare particelle ipotizzate e ancora più difficili da scoprire con altre metodologie. Così si è dato il via alla costruzione di HiLumi LHC (High Luminosity LHC), dove l’Italia partecipa con l’INFN, (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). L’LHC diverrà più luminoso, termine che qui sta a indicare che il rilevatore aumenterà in modo significativo il numero di collisioni potenziali tra le particelle per unità di superficie in un dato intervallo di tempo.

 

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Il risultato di una collisione si manifesta in tracce di energia rilevate dai diversi esperimenti, in questo caso il rivelatore CMS. Lo studio e l'interpretazione delle tracce può rivelare (appunto) nuove particelle. | CRN

 

Spiega Lucio Rossi, responsabile di HiLumi LHC, che «la macchina sarà capace di aumentare di un fattore 5 la luminosità di picco, cioè il numero di eventi (collisioni) prodotti al secondo e di un fattore 10 la “luminosità integrata”, cioè la quantità di dati complessiva raccolta dagli esperimenti. Per ottenere queste prestazioni, tuttavia, non è sufficiente migliorare la macchina, è necessario che anche gli esperimenti siano potenziati. Per osservare qualcosa, infatti, non basta fare luce, bisogna che anche gli occhi siano efficienti, altrimenti è come quando ti puntano una luce intensa dritto in faccia: rimani abbagliato e non vedi più nulla. Stiamo quindi lavorando a un sostanziale potenziamento sia dell’acceleratore sia dei rivelatori».

 

Rossi sottolinea che tutto questo sarà una sfida tecnologica senza precedenti, perché nonostante siano note le tecnologie necessarie, queste non sono mai state applicate su grande scala.

 

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Un tratto dell'LHC. | CRN

 

I primi dati nel 2026. HiLumi LHC avrà bisogno di circa 150 nuovi magneti: in particolare, 24 nuovi “quadrupoli focalizzanti superconduttori”, che serviranno per focalizzare il fascio di particelle in punti ben precisi, e 4 dipoli superconduttori con un campo di oltre 11 tesla (gli attuali dipoli di LHC sono a 8,3 tesla), che serviranno per piegare il fascio di particelle attorno alla traiettoria circolare. Saranno inoltre installate sedici “crab cavity”, specie di trappole per rendere massima la sovrapposizione dei pacchetti di protoni nei punti di collisione.

 

Durante i lavori di potenziamento LHC continuerà a funzionare, anche se con lunghi periodi di stop tecnico che consentiranno, oltre alle normali attività di manutenzione, di prepararsi per l’alta luminosità. Il conto alla rovescia per questo LHC trasformato è iniziato e terminerà nel 2026, anno previsto per l’inizio della presa dei primi dati ad alta luminosità.

26 Giugno 2018 | Luigi Bignami

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