Aggiornamento delle 18.20 del 24 marzo 2015: Il Cern ha comunciato che questa settimana il Large Hadron Collider non ripartirà. Un corto circuito intermittente in uno dei magneti è stato osservato e i tecnici sono al lavoro per risolverlo. Si tratta di un problema noto ma che richiede un intervento. Operazione che potrebbe risolversi in pochi giorni o in qualche settimana. Perché tanto tempo? Perché il "guasto" si trova in una zona del magnete che è raffreddata a una temperatura di 1,9 kelvin (K), ossia - 271,1 °C. Per intervenire occorre riportare a temperature più alte il magnete e - una volta risolto il problema - riportarlo alla temperatura di esercizio.
Fra il mercoledì 25 e domenica 29 marzo, nel sottosuolo a nord di Ginevra è prevista la riaccensione del Large Hadron Collider. Conclusa la prima fase di lavoro il 14 febbraio 2013, dopo 4 anni intensissimi culminati con le evidenze sperimentali dell'esistenza del bosone di Higgs, LHC è stato in fase di manutenzione per oltre due anni. L'impianto è stato sottoposto a una sorta di tagliando lungo i 27 km della sua circonferenza.
Tempi di messa in moto. La nuova fase di lavoro di LHC (in gergo chiamata run) non dovrebbe partire, a detta di alcuni scienziati coinvolti nel lavoro, prima di domani, mercoledì 25 marzo. La riaccensione di una macchina del genere prevede diversi passaggi, ognuno dei quali deve essere portato a compimento pazientemente e senza sbavature. La fase preparatoria portata avanti finora è raccontata nel video qui sotto, dal sapore emozionale, diffuso dal Cern.
Nel timelapse del video (in inglese), alcuni fisici e ingegneri stanno lavorando alacremente per portare in posizione corretta tutte le componenti dell'acceleratore, in particolare i rivelatori degli esperimenti Atlas e Cms, che devono ritrovare la loro configurazione "chiusa". Si nota anche il processo di chiusura della enorme ruota rossa dell'esperimento Alice e una parete che va a sigillare la porta di accesso al tunnel dell'LHC.
Il bosone di Higgs.
La caccia al bosone di Higgs non è ancora finita. L’esistenza del bosone - ultima tessera del grande mosaico del Modello Standard che spiega le particelle fondamentali e le forze che le legano - è stata provata sperimentalmente il 4 luglio 2012 proprio grazie agli esperimenti ATLAS e CMS condotti all’interno di Lhc.
Gli scienziati hanno però ancora molte domande sulle origini della materia: contano di trovare parte delle risposte nei nuovi scontri tra particelle che, all'interno dell’acceleratore, avverranno a livelli di energia ancora più alti rispetto a quelli del 2012. Più energia significa maggior probabilità di “produrre” bosoni di Higgs e di osservarne la brevissima esistenza.
Particelle esotiche. Alcune teorie prevedono l’esistenza di particelle esotiche del tutto nuove, impossibili da identificare e osservare perché incapaci di interagire con le forze elettromagnetiche.
Ma se queste particelle hanno una massa, devono in qualche modo interagire con le forze associate al bosone di Higgs, che diventa così il punto di contatto tra il Modello Standard e una nuova fisica tutta da scoprire.
La materia oscura. La materia oscura riempie ogni angolo dell’Universo: non la vediamo, ma possiamo misurarne gli effetti gravitazionali. Ma che cos’è? Una delle teorie è che sia composta da particelle supersimmetriche speculari rispetto a quelle previste dal Modello Standard.
I dati degli scontri ad alta energia che avverranno nei prossimi anni all'interno di Lhc permetteranno agli astrofisici di indagare più a fondo in questo mistero.
La Supersimmetria.
Il Modello Standard ha funzionato alla perfezione nel prevedere a livello teorico ciò che la fisica sperimentale ha potuto osservare sui blocchi che costituiscono la materia. Tuttavia, la teoria è ancora incompleta.
La Supersimmetria è un’estensione del Modello Standard che ha come obiettivo quello di colmare, almeno in parte, questo vuoto. Lo fa assumendo che per ogni particella del Modello Standard esiste una particella partner che definisce a priori la massa del bosone di Higgs. Se la teoria della Supersimmetria è corretta, gli scontri ad altissima energia che avverranno all'interno del “nuovo” Lhc dovrebbero far comparire queste particelle supersimmetriche.
Nuove dimensioni.
Una delle domande alle quali gli scienziati faticano a trovare risposta è “Perchè la gravità è così tanto debole rispetto alle altre forze fondamentali?”. Una delle ipotesi è che i suoi effetti si perdano, almeno in parte, in un’altra dimensione.
Fantascienza? Mica tanto: i ricercatori del CERN sono determinati a verificare sperimentalmente l’esistenza di questa nuova dimensione ricercando negli scontri all'interno dei 4 rilevatori di Lhc particelle analoghe a quelle del Modello Standard ma più pesanti.
Antimateria. Per ogni particella di materia esiste una corrispondente antiparticella che ha esattamente le stesse proprietà ma carica opposta. Per esempio esiste l’antielettrone, o positrone, che ha le stesse caratteristiche dell’elettrone ma carica positiva.
Quando queste due particelle entrano in contatto, si annichiliscono in un lampo di energia.
Secondo la teoria, il Big Bang ha creato una quantità uguale di materia e antimateria. Dove è finita quest’ultima?
I nuovi scontri ad altissima energia che avverranno all’interno dell’ LHC consentiranno agli astrofisici di produrre nuova antimateria per il loro programma di ricerca: l’obiettivo è quello di studiarne le proprietà per verificare se e quanto differiscono rispetto a quelle della materia.
Il plasma quark - gluoni.
Nei primissimi milionesimi di secondo dopo il Big Bang l’Universo era formato da un brodo densissimo di particelle elementari - quark e gluoni - che si muovevano alla velocità della luce, uniti tra loro da legami deboli che si rompevano e si riformavano in continuazione.
Le collisioni ad alta energia che verranno generate all’interno dell’ LHC permetteranno di ricreare qualcosa di molto simile a questo plasma di quark e gluoni così da dar modo agli astrofisici di osservare da vicino cosa è successo nei primissimi attimi di vita dell’ Universo.
Sarà in particolare l'esperimento ATLAS (e il suo mastodontico rilevatore da 46 metri di lunghezza, 25 metri di diametro e dal peso di circa 7 000 tonnellate, ritratto in questa foto).
Per saperne di più.
A questo punto siete pronti per alcuni ulteriori passi. Nell’ordine:
1. Fare il test per capire quante ne sai di Lhc e della fisica delle particelle.
2. Andare per un giorno al Cern e all’Lhc (ma solo virtualmente).
3. Scoprire a fondo che cosa è stato fatto nei due anni di stop.
4. Leggere che cosa prevedono gli scienziati del Cern.
Foto: © CRN
Il via ufficiale. Il 25 marzo dunque (o qualche giorno dopo) partirà la prima fase di rodaggio: verranno fatti correre i primi fasci di particelle in entrambe le direzioni del Collider a potenze sempre più alte. Completata questa fase che impieghera circa 2 mesi, LHC sarà pronto per le prime collisioni utili a fornire dati utili per la ricerca.
Il nuovo ciclo di collisioni sarà operato a un'energia quasi doppia rispetto alla precedente: LHC raggiungerà, infatti, i 6,5 TeV per fascio e, quindi, i 13 TeV nel punto di collisione tra le particelle. Un'energia prossima a quella per cui l'acceleratore è stato progettato (14 TeV) e doppia rispetto ai 7-8 TeV che consentirono di trovare, nel 2012, le evidenze sperimentali del bosone di Higgs.
