Hanno spento il più grande acceleratore del mondo: cosa succede ora nel tunnel del CERN

Nel tunnel del Large Hadron Collider il silenzio ha qualcosa di strano. Per anni, sotto il confine tra Svizzera e Francia, la macchina più potente della fisica delle particelle ha fatto circolare protoni, raccolto dati, costretto migliaia di ricercatori a inseguire segnali minuscoli dentro montagne di numeri. Ora quel rumore invisibile si ferma. Il CERN ha spento il LHC dopo l’ultima fase di raccolta dati e ha aperto il Long Shutdown 3, il lungo periodo di lavori che dovrà trasformare l’acceleratore nella sua versione ad alta luminosità, l’High-Luminosity Large Hadron Collider.

Una pausa lunga, molto concreta

Quattro anni, in fisica delle particelle, possono sembrare una specie di eternità operativa. In questo caso, però, la pausa ha il passo pesante dei cantieri: magneti da rimuovere, componenti da sostituire, nuove linee criogeniche, gallerie tecniche, sistemi elettrici, rivelatori da aggiornare. Nel solo LHC verranno smontati e rimpiazzati circa 1,2 chilometri di elementi, dentro un anello lungo 27 chilometri che già di suo sembra una follia ingegneristica raccontata con calma svizzera.

Il calendario porta verso il 2030, con l’avvio dell’HL-LHC previsto per giugno di quell’anno. Il nome, al solito, sembra fatto apposta per scoraggiare chiunque abbia una vita sociale, però il concetto è abbastanza diretto: aumentare la luminosità significa aumentare il numero di collisioni utili, quindi produrre più dati e rendere più probabile l’osservazione di fenomeni rarissimi. Il nuovo assetto dovrebbe arrivare a una luminosità integrata circa dieci volte superiore rispetto al progetto originario del LHC.

In pratica, il CERN sta preparando una macchina capace di guardare meglio dove oggi si intravede appena. Con l’HL-LHC, i fisici potranno studiare con maggiore precisione il bosone di Higgs, cercare deviazioni sottili rispetto al Modello Standard e inseguire indizi su tutto ciò che resta ancora fuori dalla cornice nota: materia oscura, antimateria, particelle sconosciute, processi così rari da sembrare quasi un disturbo di fondo finché qualcuno riesce a isolarli.

Il LHC che abbiamo conosciuto

Il Large Hadron Collider aveva fatto circolare i suoi primi fasci nel settembre 2008 e aveva prodotto le prime collisioni di protoni nel 2009. Da allora ha attraversato tre grandi periodi di attività, accumulando una quantità enorme di dati per gli esperimenti del CERN. Il suo risultato più famoso resta la scoperta del bosone di Higgs, annunciata il 4 luglio 2012 dalle collaborazioni ATLAS e CMS, un passaggio che ha confermato un meccanismo teorico atteso da quasi mezzo secolo.

Quella scoperta ha avuto il rumore mediatico delle grandi occasioni, con la fisica teorica che per qualche giorno è entrata perfino nei discorsi da bar, tra chi pronunciava “bosone” con grande sicurezza e chi cercava solo di capire perché una particella potesse meritarsi tanta attenzione. Il punto scientifico resta enorme: il LHC ha dato consistenza sperimentale a un pezzo decisivo del Modello Standard, la teoria che descrive le particelle fondamentali e le loro interazioni, almeno fin dove oggi riusciamo a spingerci.

Dopo Higgs, però, la macchina ha continuato a lavorare. Il CERN ricorda centinaia di avanzamenti, oltre 85 adroni scoperti, studi sullo squilibrio tra materia e antimateria, ricerche su nuove particelle, misure sul plasma di quark e gluoni, cioè lo stato della materia che aiuta a ricostruire condizioni vicinissime a quelle dell’Universo primordiale. È una fisica lenta, spesso ingrata per chi cerca il colpo di scena, fatta di pazienza, esclusioni, margini d’errore, segnali che appaiono e spariscono.

Più collisioni, più rumore, più possibilità

La nuova fase sarà più affollata. Nei punti in cui i fasci di protoni si incrociano, gli esperimenti ATLAS e CMS dovranno gestire tra 140 e 200 collisioni protone-protone per ogni incrocio dei pacchetti di particelle, contro circa 60 nell’ultimo periodo operativo del LHC. Tradotto fuori dal lessico da laboratorio: i rivelatori dovranno scegliere gli eventi interessanti dentro un traffico spaventoso, con oltre cinque miliardi di interazioni al secondo.

Per reggere questo salto, ATLAS e CMS verranno rinnovati in profondità. Cambieranno i sistemi di trigger, cioè quelli che decidono quali collisioni meritano di essere salvate e analizzate. Arriveranno nuovi tracciatori al silicio, rivelatori con miliardi di canali di lettura, strumenti di temporizzazione capaci di lavorare su scale di pochi picosecondi, calorimetri in grado di funzionare a frequenze altissime. La fisica, qui, dipende da una cosa molto poco romantica e molto decisiva: distinguere il segnale giusto in mezzo a una folla che urla.

L’obiettivo dichiarato è raccogliere molti più dati. Il CERN stima che l’HL-LHC possa produrre, nell’arco della sua vita operativa, circa 380 milioni di bosoni di Higgs, contro i circa 55 milioni prodotti dal LHC dall’inizio delle sue attività. Questa differenza cambia il tipo di domande che si possono fare. Una particella già scoperta può diventare un laboratorio ancora più fine, quasi una lente attraverso cui cercare crepe microscopiche nella teoria.

La ricerca continua anche senza fasci

Lo spegnimento del LHC, quindi, suona più come un cantiere che come una serranda abbassata. Durante questi anni i fasci di particelle resteranno fermi, mentre il lavoro scientifico continuerà sui dati già raccolti. Migliaia di ricercatori analizzeranno ciò che il collider ha prodotto finora, e intanto prepareranno software, rivelatori, procedure, modelli e strumenti per la nuova stagione. La macchina tace, la fisica resta sveglia.

C’è anche un aspetto quasi domestico, se così si può dire parlando di magneti superconduttori e gallerie sotterranee. Le grandi infrastrutture scientifiche invecchiano, hanno bisogno di manutenzione, consolidamento, sicurezza, aggiornamenti. Il Long Shutdown 3 servirà anche a intervenire su altre parti del complesso degli acceleratori, dalle strutture sperimentali agli impianti tecnici, fino ai sistemi di sicurezza e alle reti elettriche.

Quando il complesso inizierà gradualmente a ripartire, dal 2028, il passaggio verso il 2030 aprirà una fase nuova per la fisica delle alte energie. L’attesa sarà lunga, e forse anche un po’ frustrante per chi spera sempre nella prossima particella capace di cambiare la mappa. Però il LHC ha già insegnato una cosa semplice: l’Universo concede risposte con una lentezza quasi offensiva. Tocca costruire macchine enormi per fargli dire mezza parola in più.

Fonte: CERN

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