Ricominciamo da 3

Ventisette chilometri, quattrocentocinquanta miliardi di elettronvolt di energia d’iniezione e potenze mai raggiunte. Numeri da record per l’anello più famoso del mondo. Niente brillanti però, piuttosto particelle subatomiche. Stiamo parlando dell’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra.

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Chiunque abbia a che fare con una qualsiasi tecnologia moderna sa che gli aggiornamenti dei sistemi sono indispensabili quanto i macchinari stessi, e questo discorso vale anche per l’anello per eccellenza. A Ginevra, nella sede del CERN, lo scorso 22 aprile 2022 è stato riattivato il LHC (Large Hadron Collider), ovvero l’acceleratore di particelle.

A Ginevra l’acceleratore di particelle riparte da 3

Avviato per la prima volta nel 2008, l’acceleratore di particelle è stato sottoposto a un lungo stop per poter essere potenziato e aggiornato. Ci sono voluti più di tre anni per gli accurati e complessi lavori di manutenzione, ma ora è tutto pronto e il LHC ha intrapreso la sua nuova corsa. Tecnicamente si parla di Run 3, per identificare il nuovo periodo quadriennale durante il quale l’acceleratore sarà in funzione, permettendo una nuova raccolta dati.
La prima corsa dell’acceleratore ginevrino – e la conseguente raccolta dati – è avvenuta tra il 2010 e il 2013, la seconda dal 2015 al 2018, mentre la sua terza corsa giungerà a pieno regime entro l’estate di quest’anno.

Le corse e raccolte dati dell’acceleratore del CERN:

• avvio: 10 settembre 2008
• Run 1: dal 2010 al 2013
• Run 2: dal 2015 al 2018
• Run 3: dal 2022 al 2025

Come funziona l’acceleratore di particelle

Nel lungo anello di ventisette chilometri che compone il LHC, vi è una serie di strumenti con specifiche finalità. I magneti superconduttori hanno il compito di dirigere lungo il percorso circolare dell’acceleratore due fasci di protoni che viaggiano in direzioni opposte.
La potentissima energia d’iniezione, pari a quattrocentocinquanta gigaelettronvolt (GeV), li spinge all’interno di due tubi distinti. Le particelle ad alta energia viaggiano a una velocità elevatissima, vicina a quella della luce.
Questa loro accelerazione è garantita dal campo elettromagnetico dei circuiti risonanti, ovvero camere metalliche chiamate cavità a radiofrequenza (RF). Nel complesso sono sedici e sono collocate lungo tutta la lunghezza dell’acceleratore.
In pratica, i raggi che attraversano il campo magnetico delle cavità a RF – grazie anche alla conformazione delle cavità stesse, che aumenta la risonanza delle onde – ricevono un impulso elettrico che accelera le particelle in maniera estremamente potente. Basti pensare che, nell’arco di venti minuti, la loro energia aumenta di quattordici volte rispetto a quella – già elevata – di iniezione: passano da 450 GeV a 6,5 TeV.
Alla velocità massima i fasci di particelle entrano in collisione all’interno dell’acceleratore. L’acronimo LHC significa, non a caso, “grande collisore di adroni”. A quel punto i rilevatori, posizionati attorno al punto di collisione, rilevano e registrano le particelle che risultano dalle collisioni.

Lo studio del bosone di Higgs e oltre il Modello Standard

Si vengono così a ricreare condizioni particolari di interazione tra le particelle o, ancora, si generano particelle insolite e gli scienziati possono raccogliere dati sul loro comportamento ed effettuare esperimenti nel campo della fisica, che altrimenti sarebbero impossibili.
Significa, quindi, avere la possibilità di studiare la fisica al di fuori delle teorie che fino a oggi hanno descritto e spiegato il funzionamento dell’universo come lo conosciamo, ovvero al di fuori del cosiddetto Modello Standard (MS).
Riflettori puntati in particolare sui bosoni di Higgs, che potranno essere studiati più nel dettaglio svelando i segreti dell’origine dell’universo. Il bosone di Higgs – definito impropriamente anche “particella di Dio”, in quanto conferisce una massa a tutte le altre particelle elementari e la massa è la grandezza fisica che caratterizza ogni corpo materiale – fu teorizzato nel 1964 ma rilevato, per la prima volta, solo nel 2012 e proprio al CERN di Ginevra.

L’acceleratore di particelle diventa più potente

Con il lungo fermo avuto in questi ultimi anni sono stati fatti importanti aggiornamenti alle macchine e alle strutture dell’acceleratore. In particolare è stato ulteriormente consolidato il sistema di sicurezza dei magneti ed è stato migliorato anche l’iniettore.
Le ottimizzazioni apportate permetteranno al LHC di generare dati derivanti da collisioni a energie mai ricreate prima e anche di qualità molto elevata. L’obiettivo è arrivare a raggiungere un’energia di collisione pari a 13,6 teraelettronvolt (TeV). Un vero e proprio record.

Al momento l’acceleratore è stato avviato, ma la fase clou con la generazione dei dati sarà raggiunta solo tra un paio di mesi, giusto in tempo per festeggiare il decimo anniversario della scoperta del bosone di Higgs, che cadrà il 4 luglio (#Higgs10).

Musica: “Ricomincio da tre” (soundtrack) – Pino Daniele
Foto in copertina: Hertzog, Samuel Joseph – CERN

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