Preparativi per l’upgrade di LHC

Negli ultimi mesi, di fisica si è parlato lungamente soprattutto per l’esperimento OPERA, quello che avrebbe registrato neutrini più veloci della luce (leggi: intervista a Ugo Amaldi sull’argomento). Non fosse stato per il clamore mediatico di quella vicenda, il protagonista indiscusso sarebbe stato ancora una volta LHC, l’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra che, nonostante tutto, non ha dato origine a un buco nero capace di inghiottire la Terra.

Il Large Hadron Collider è al momento, almeno in termini di investimento di risorse umane ed economiche, la macchina (e, per estensione, l’esperimento) più grande del mondo ma ai fisici non basta: si pensa già a HL-LHC, ovvero High Luminosity LHC. Che cosa significa aumentare la luminosità di LHC? E perché aumentarla, visto che già vanta la più alta mai prodotta?

 

Numero di particelle per superficie nell’unità di tempo


In un acceleratore la luminosità è una grandezza riferita al numero di particelle per superficie di impatto per unità di tempo. Si tratta quindi di un valore importantissimo, perché più è alta la luminosità, più è probabile che si verifichi la collisione attesa dai ricercatori. In LHC i protoni vengono accelerati fino a una velocità prossima a quella della luce grazie a potentissimi campi elettromagnetici, potenzialmente in grado di fornire ai fasci un’energia di 7 TeV per un’energia totale teorica, visto che i fasci possono essere fatti scontrare l’uno contro l’altro, di 14 TeV (anche se in realtà tali energie non sono ancora state sperimentate). La luminosità invece, nel caso del record raggiunto ad aprile 2011 è stata di 4.67 × 1032cm-2 s-1, ma teoricamente può spingersi fino a 1034 cm−2s−1. L’obiettivo è raggiungere i 1035 cm-2 s-1 nei prossimi dieci anni.

 

Atlas, uno dei rilevatori di particelle di LHC (Immagine: CERN)

Il prossimo futuro


Sergio Bertolucci
, direttore per la ricerca al CERN, spiega che «anche se LHC fa scontrare centinaia di milioni di particelle ogni secondo, alcuni dei processi a cui siamo interessati si verificano solo poche volte in un giorno […]: con eventi così rari una luminosità maggiore incide moltissimo sulla nostra capacità di effettuare le giuste misurazioni e di scoprire nuovi fenomeni». Raggiungere un traguardo del genere non è semplice, è necessario che le migliori menti nel campo della fisica delle particelle si coordinino tra loro per spingere al massimo una macchina che è la prima e unica nel suo genere. Per questo dal 16 al 18 novembre si è tenuto il primo HiLumi LHC Collaboration Meeting. Grazie al settimo programma quadro dell’Unione Europea il primo passo sarà uno studio (HiLumi LHC Design Study) di quattro anni, durante i quali si cercherà di capire il modo migliore per implementare le nuove tecnologie che permetteranno a LHC di superare i suoi stessi record. Si stima, dopo questa fase di progettazione, di terminare l’upgrade nel 2020. Il progetto è internazionale: in HiLumi LHC confluisce anche il LARP (LHC Accelerator Research Program) degli USA, nazione che dopo la chiusura dello storico acceleratore Tevatron, almeno al momento, deve affidarsi a LHC per quanto riguarda la fisica delle alte energie.

Intanto, chi vuole fare da subito la propria parte per aiutare gli scienziati a passare da LHC a HL-LHC, può prestare loro una parte delle risorse del proprio personal computer: basta scaricare il programma di informatica distribuita BOINC e aderire al progetto LHC@home. Il programma funzionerà in background e utilizzerà i principi dell’informatica distribuita per produrre simulazioni che i ricercatori potranno utilizzare per risolvere i grandi problemi che li aspettano.

 

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Immagine box: CERN

Per la lezione

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