Il Grande Collisore di Hadroni e i suoi Esperimenti Innovativi
Il Grande Collisore di Hadroni (LHC) rappresenta il più grande e potente acceleratore di particelle al mondo, situato nei pressi di Ginevra, in Svizzera. Recentemente, ha avviato una serie di esperimenti pionieristici che segnano un momento storico nella fisica delle particelle. Questo straordinario strumento è l’unico in grado di accelerare particelle a velocità prossime a quella della luce e di farle collidere in condizioni rigorosamente controllate. Tra il 29 giugno e il 9 luglio, il CERN ha programmato una campagna ambiziosa che prevede collisioni tra protoni e ioni di ossigeno, ossigeno-ossigeno e neon-neon, con l’obiettivo di ottenere nuove scoperte scientifiche.
Obiettivi della Campagna Sperimentale
Questa fase di operazioni speciali è stata concepita per fornire nuove e significative intuizioni su alcuni dei fenomeni più fondamentali dell’universo. Gli scienziati sperano di approfondire la comprensione di vari aspetti, tra cui:
- La natura dei raggi cosmici
- Il comportamento della forza nucleare forte
- Le proprietà del plasma di quark e gluoni (QGP)
Il QGP è una forma di materia che ha dominato l’universo nei primissimi istanti dopo il Big Bang. Il CERN ha sottolineato che l’inizio di questa campagna sperimentale rappresenta un entusiasmante nuovo capitolo nella ricerca sulla fisica delle particelle, frutto di anni di preparazione e pianificazione.
Preparativi e Innovazioni Tecnologiche
I preparativi per questi esperimenti sono iniziati a metà aprile, coinvolgendo l’intero complesso di acceleratori del CERN. Le prime valutazioni di fattibilità per questa iniziativa risalgono al 2019. Ogni acceleratore della catena è stato meticolosamente adattato per gestire ioni di ossigeno e neon. Gli ioni vengono generati inizialmente nel Linac3 e successivamente attraversano una serie di macchine, tra cui il Low-Energy Ion Ring (LEIR), il Proton Synchrotron (PS) e il Super Proton Synchrotron (SPS), che forniranno anche fasci di ossigeno per esperimenti a bersaglio fisso nell’Area Nord, prima di raggiungere l’energia di collisione nell’LHC.
Gestione delle Collisioni e Sfide Tecniche
La modalità operativa attuale, in cui un fascio di protoni collide con un fascio di ioni di ossigeno, si presenta come la più complessa da gestire. Roderik Bruce, specialista di ioni dell’LHC, ha spiegato che il campo elettromagnetico all’interno dell’acceleratore influisce in modo diverso sui protoni e sugli ioni di ossigeno, a causa delle loro differenti proporzioni carica-massa. Senza adeguate correzioni, i due fasci colliderebbero in punti diversi ad ogni giro. Per garantire che le collisioni avvengano al centro dei quattro principali esperimenti dell’LHC – ALICE, ATLAS, CMS e LHCb – gli ingegneri stanno effettuando regolazioni precise della frequenza e del momento del fascio.
Il Ruolo dell’Esperimento LHCf
Nonostante i quattro esperimenti principali, l’iniziativa coinvolge anche l’esperimento LHCf, dedicato allo studio dei raggi cosmici, che gioca un ruolo cruciale in questa campagna. LHCf ha installato un rivelatore specifico lungo la linea del fascio, posizionato a 140 metri dal punto di collisione di ATLAS, progettato per catturare particelle a piccolo angolo generate durante le collisioni protoni-ossigeno. Una volta completata questa fase, il rivelatore sarà rimosso e sostituito con un calorimetro, destinato a raccogliere ulteriori dati durante le successive collisioni ossigeno-ossigeno e neon-neon.
Innovazioni nella Gestione del Fascio
In aggiunta, questa campagna offre l’opportunità di testare un’importante innovazione nel sistema di gestione del fascio dell’LHC: la collimazione a cristallo. Questo aggiornamento mira a ridurre gli aloni del fascio di ioni, ovvero le particelle che si disperdono dal nucleo del fascio. Poiché il sistema di collimazione tradizionale dell’LHC risulta meno efficace con i fasci di ioni, alcuni collimatori a cristallo saranno inseriti per test prima dell’inizio delle fasi di collisione ossigeno-ossigeno e neon-neon, come confermato dai funzionari del CERN in un comunicato stampa. Questo approccio innovativo potrebbe rappresentare un passo significativo verso una gestione più efficiente dei fasci di particelle, aprendo la strada a nuove scoperte nel campo della fisica delle particelle.
