HI-LHC è un orizzonte che va ben oltre il semplice progetto scientifico.

Il futuro di LHC è radioso e va oltre il bosone di Higgs. Dal 2026 High Luminosity LHC osserverà le più inaccessibili particelle e potrebbe essere in grado di riscrivere la nostra comprensione dell’universo.

Abbiamo parlato di questo con Nadia Pastrone che attualmente è la coordinatrice nazionale dei fisici italiani che lavorano all’esperimento CMS dell’acceleratore di particelle LHC al Cern di Ginevra.

 

 
– Con quali accorgimenti tecnici si va a migliorare uno strumento incredibile come LHC?

Tutto il complesso di acceleratori del CERN è in un processo di ammodernamento per poter avviare la nuova fase di LHC ad alta luminosita’ (HiLumi LHC). In particolare lungo l’anello di 27 km di circonferenza, verranno inseriti nuovi magneti superconduttori più potenti sia per deflettere le traiettorie dei fasci circolanti nei due anelli, che per focalizzare i fasci nelle zone di collisione. Verranno installati nuovi collimatori e si utilizzeranno cavità a radio frequenza superconduttrici speciali.

I nuovi componenti della macchina sono il frutto di studi e prototipi preparati al CERN e in vari Paesi del mondo.

Sono già cominciati i lavori di ingegneria civile per ottimizzare la gestione degli apparati criogenici che permetteranno ai nuovi componenti di operare nella nuove condizioni di lavoro.

Il progetto ha complessivamente un costo di 950 MCHF in 10 anni.

– Come l’aggiornamento degli strumenti migliorerà la comprensione sul bosone di Higgs?

LHC ad alta luminosità produrrà  15 milioni di bosoni di Higgs per anno, cda confrontarsi con i 1.2 milioni prodotti nel  2011 e 2012, che hanno portato alla scoperta. In questo modo la misura di tutti i canali di decadimento e delle caratteristiche di questa particella potranno essere adeguatamente studiati.

– Cosa significa e in che modo è importante aumentare la luminosità di LHC?

La luminosità di un collisore di particelle come LHC è proporzionale al numero di collisioni al secondo. Maggiore è la luminosità e più dati vengono raccolti dagli esperimenti per studiare eventi rari. Ogni fascio e’ costituito da circa 3000 pacchetti equispaziati di 25 ns e contenenti ciascuno circa mille miliardi di protoni.

– Quali performance raggiungerà LHC?
LHC, dopo il 2025, raggiungerà una luminosità istantanea incrementata di un fattore 10 rispetto alle attuali
prestazioni. Questo permetterà di raccogliere ogni anno una quantita’ di dati pari a quanto ottenuto fino ad allora da LHC.
In un arco temporale di circa 10 anni i dati raccolti saranno 10 volte superiori.

– In che modo HiLumi LHC migliorerà lo studio delle collisioni?

HiLumi LHC, grazie alla mole di dati raccolti consentira’ di studiare con precisione i processi fisici piu’ rari, di esplorare i confini della Fisica delle particelle oltre il Modello Stnadard, di cercare la materia oscura, la supersimmetria e le extra-dimensioni. Ma soprattutto fornirà misure di precisione sulle caratteristiche del bosone di Higgs.

– Quali esperimenti sono in cantiere per l’upgrade dello strumento?

ATLAS e CMS, dopo aver scoperto il bosone di Higgs nel 2012, hanno continuato ad analizzare i dati raccolti per studiare con precisione il quark top e il bosone di Higgs, ma anche per studiare il Modello Standard e i decadimenti rari che indicherebbero la presenza di nuovi fenomeni non ancora previsti dalla teoria.

– In che modo sono usate le cavità a granchio e perché sono fondamentali?

Le cavità superconduttrici a granchio, ora in fase di test, consentiranno di manipolare i fasci di protoni, massimizzando l’area di sovrapposizione dei due pacchetti al momento della collisione, aumentando di fatto la luminosità.
La struttura dei fascio nell’area di collisione ricorda il movimento di un granchio.

Fonte foto: CERN