Esperto del CERN: il Large Hadron Collider si prepara per una pausa di quattro anni

Tra un anno, il Large Hadron Collider (LHC) del CERN inizierà un periodo di inattività tecnica che durerà, incluso l'avvio, quasi quattro anni. La Dott.ssa Malika Meddahi del CERN spiega al PAP che la modernizzazione dell'HL-LHC costerà circa 1 miliardo di franchi (circa 4,5 miliardi di zloty) e consentirà la collisione di più particelle in un volume inferiore rispetto a quello attuale.

"Nell'ambito della modernizzazione, che inizierà l'anno prossimo, non prevediamo di aumentare l'energia delle collisioni, bensì il numero e la qualità delle stesse", ha sottolineato la Dott.ssa Malika Meddahi in un'intervista al PAP durante la sua visita in Polonia in occasione della conferenza Perspektywy Women in Tech Summit.

Una volta completato l'aggiornamento, l'LHC riceverà un nuovo nome: High-Luminosity LHC.

Il Large Hadron Collider è il più grande acceleratore di particelle al mondo. Si trova al CERN, l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, vicino a Ginevra. Due fasci di adroni – particelle cariche, solitamente protoni – circolano in direzioni opposte in due tubi a vuoto separati, in un tunnel di circa 27 chilometri di circonferenza, a 100 metri di profondità. L'acceleratore funziona anche con ioni, come il piombo.

I protoni che si muovono in direzioni opposte si scontrano in quattro punti appositamente designati, nel cuore dei rivelatori di particelle. Nei siti di collisione viene rilasciata un'enorme energia (attualmente circa 13,6 teraelettronvolt - TeV), in cui particelle esotiche compaiono per frazioni di secondo: quelle che esistevano subito dopo il Big Bang. I rivelatori posizionati nei punti di collisione registrano i dati di questi fenomeni. L'analisi approfondita di questi dati consente agli scienziati di comprendere meglio le proprietà e le interazioni delle particelle elementari.

Fin dall'inizio, era chiaro che l'LHC avrebbe funzionato per fasi. La prima fase di raccolta dati, Run 1, si è svolta dal 2010 al 2012. La Run 2 si è svolta dal 2015 al 2018. L'attuale fase, Run 3, è iniziata nel 2022 e durerà fino a giugno 2026. Nel frattempo, l'acceleratore è stato sottoposto a regolari aggiornamenti e manutenzione, aumentandone l'affidabilità e l'efficienza e consentendogli di raggiungere nuovi record.

Questa volta, il periodo di inattività è necessario affinché l'LHC migliori la sua luminosità. Nella fisica degli acceleratori, la luminosità indica il numero di collisioni che si verificano quando i fasci di particelle si scontrano. Il nuovo fascio non solo conterrà più particelle, ma sarà anche più focalizzato, il che aumenterà la probabilità di collisioni. L'aggiornamento dell'LHC aumenterà il numero totale di collisioni di un fattore dieci. Un LHC più "luminoso" consentirà misurazioni più precise di nuove particelle e l'osservazione di processi che finora sono rimasti al di fuori dell'intervallo di sensibilità del rivelatore. Ciò renderà possibile rilevare fenomeni rari e ampliare la nostra conoscenza dell'Universo a questo limite energetico.

Tuttavia, l'aumento di luminosità pone serie sfide tecnologiche. Nell'ambito della modernizzazione, sono necessari nuovi magneti quadrupolari per sostenere il fascio, sistemi di raffreddamento migliorati e sistemi di diagnostica del fascio e nuovi sistemi di protezione dei dispositivi per prevenire danni. Anche i rivelatori e i sistemi IT devono essere modernizzati per far fronte alla crescente quantità di dati da elaborare.

Il dott. Meddahi ha spiegato che il complesso dei quattro preacceleratori, dove le particelle vengono accelerate prima di essere iniettate nell'LHC, è già stato sottoposto a un importante aggiornamento, che è stato implementato e lanciato con successo, con fasci che soddisfano le specifiche HL-LHC già ottenuti di routine.

Nell'anello dell'LHC stesso, ai lati degli esperimenti ATLAS e CMS, verranno installati nuovi magneti quadrupolari superconduttori, che focalizzeranno i fasci appena prima della collisione. Saranno realizzati con un nuovo materiale superconduttore a base di niobio e stagno.

"L'ammodernamento è un'impresa enorme. Dobbiamo aprire chilometri di terreno nell'acceleratore per installare i nuovi magneti. Allo stesso tempo, ci occuperemo della manutenzione e dell'ammodernamento dell'infrastruttura esistente", ha spiegato il Dott. Meddahi.

Come ha spiegato il Dott. Meddahi, gran parte degli sforzi di ricerca e sviluppo del CERN è attualmente concentrata sulla realizzazione di nuovi dispositivi più efficienti, che utilizzino meno energia e, ove possibile, meno acqua per il raffreddamento. L'energia recuperata dagli impianti potrebbe essere utilizzata, ad esempio, per riscaldare le infrastrutture nelle città vicine.

L'esperta del CERN ha anche descritto cosa accadrà durante il lungo periodo di inattività. Innanzitutto, l'intero sistema dovrà riscaldarsi gradualmente da -271 gradi Celsius a temperatura ambiente. "Solo allora centinaia di persone potranno entrare nel tunnel ogni giorno e lavorare sulle loro apparecchiature. Si tratta di un compito davvero enorme. Poi tutto dovrà essere ricollegato, testato, raffreddato di nuovo – il che richiede diversi mesi – e testato di nuovo. Ci vorrà quasi un anno per preparare la macchina al riavvio al termine dei lavori", ha osservato.

Il ricercatore ha aggiunto che per gli scienziati del CERN, il periodo di inattività dell'LHC non rappresenta una pausa nel loro lavoro. Saranno coinvolti nella progettazione, nell'assemblaggio e nel collaudo di nuovi componenti. Analizzeranno anche i dati raccolti nella fase Run 3 in corso, un processo molto più dispendioso in termini di tempo rispetto alla raccolta dati stessa.

"Quello che facciamo nel nostro istituto è vera scienza per la pace. Abbiamo persone di 110 nazionalità che lavorano insieme, mettendo da parte la geopolitica e unendosi per capire meglio da dove veniamo, quali particelle esistevano al momento del Big Bang, dove si trovano la massa e l'energia mancanti dell'universo... Sono tutte domande affascinanti e noi, come umanità, dovremmo affrontarle. Dobbiamo assicurarci che l'Europa continui a essere all'avanguardia in questa ricerca: è davvero di grande valore", ha assicurato il Dott. Meddahi.

L'agenzia di stampa polacca è stata il media sponsor del Perspektywy Women in Tech Summit (4-5 giugno).

Ludwik Tomal (PAP)

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