L’acceleratore di particelle del CERN traccia la strada verso la fisica di domani

Le collisioni tra le particelle avvengono in rivelatori giganti come questo. Keystone

swissinfo.ch: L’LHC esce da una lunga ibernazione, dopo aver subito un’importante operazione chirurgica. Cosa è stato fatto per far sì che l’acceleratore potrà operare al doppio del livello d’energia precedente?

Dopo due anni di manutenzione, il grande collisore di adroni (LHC) del CERN è sul punto di essere di nuovo avviato. Questa volta svilupperà la sua energia massima. Dave Charlton, fisico al CERN, spiega cosa ci si può attendere dall’acceleratore di particelle più grande del mondo.

Dave Charlton: ll lavoro più grande effettuato durante questi due anni è stato di aprire tutte le connessioni tra i magneti supra-conduttori ripartiti lungo l’anello, al fine di testarli e ripararli. Ciò significa che il sistema può ora sopportare una corrente elettrica più forte, necessaria per raggiungere le energie superiori. In questo senso, si tratta effettivamente di una nuova macchina a disposizione del CERN.

swissinfo.ch: Quando è che l’LHC girerà a pieno regime e potrà generare collisioni di un’energia di 13 TeV (Teraelettronvolt) al posto degli 8 raggiunti nel 2012?

D.C.: Il primo fascio di protoni dovrebbe girare nell’LHC a fine marzo. La nostra speranza è di poter iniziare a fare della fisica con questi fasci che entrano in collisione a queste energie verso metà maggio.

swissinfo.ch: Dovete essere piuttosto impazienti di vedere i primi risultati, con potenzialmente delle nuove particelle…

D.C.: È un momento molto eccitante. Bisogna però rendersi conto che per ricercare quei fenomeni che vogliamo trovare, ci vorrà tempo. Dobbiamo effettuare numerose collisioni e analizzare molti eventi per avere veramente un’immagine di ciò che succede e studiare i processi rari.

Avremo dei risultati quest’estate. È una speranza ragionevole. Ciò non significa però che con questi risultati si scopriranno nuove particelle. Succederà più tardi, ma non sappiamo quando. 

Dave Charlton, fisico e portavoce per le esperienze del rilevatore Atlas. cern.ch

swissinfo.ch: Si discute molto del fatto che il nuovo LHC potrebbe svelare qualcosa sulla materia nera. Cosa ne pensa?

D.C.: La materia nera è un vero problema nella fisica contemporanea. È uno dei grandi enigmi. Non capiamo da cosa è composto il 95% dell’universo. Attraverso l’osservazione astronomica, sappiamo che vi è della materia nera – probabilmente cinque volte tanto la materia normale che possiamo vedere. Di cosa si tratta? Non lo sappiamo. Una delle spiegazioni più promettenti è la teoria della supersimmetria. Predice che la materia nera è dovuta a particelle che dovremmo essere capaci di produrre con l’LHC.

Quindi, rilanciando la macchina, siamo veramente curiosi di vedere se riusciremo a produrre particelle di materia nera. È il termine generico, ma nei modelli di supersimmetria, che chiamiamo anche modelli «SuSy», vi sono diverse parole strane e meravigliose, come chargino, neutralino, gluino e così via.

swissinfo.ch: Come funziona la supersimmetria?

D.C.: La supersimmetria predice l’esistenza di un insieme di nuove particelle non ancora scoperte. Si postula che vi è un insieme di particelle che avrebbero nel contempo le stesse proprietà e proprietà diverse di quelle che abbiamo potuto osservare finora.

È difficile da spiegare in un linguaggio comune. È un po’ come un secolo fa, quando abbiamo iniziato a vedere che esisteva dell’antimateria e poi della materia. L’antielettrone è stato scoperto a metà del secolo scorso. Ci si è posti molte domande, fino a quando si è capito che era un partner dell’elettrone, un’antiparticella. Se la supersimmetria esiste, troveremo un insieme di particelle. Saranno più pesanti delle particelle che osserviamo tutti i giorni.

È però anche possibile che la materia nera si spieghi con qualcosa che non è la supersimmetria, ma che darà comunque delle particelle che possiamo produrre. Vi sono talmente tante domande aperte che cerchiamo di esplorare…

swissinfo.ch: Vi è il rischio di non trovare nulla di nuovo ?

D.C.: Certo. È possibile che nei prossimi tre anni non scopriremo nessun altra particella oltre a quella [il bosone di Higgs] che abbiamo già scoperto [nel luglio 2012].

Se ciò fosse, abbiamo comunque un compito appassionante che ci aspetta, ossia semplicemente studiare il bosone di Higgs. Non sappiamo granché su questa particella. Il modello standard predice a cosa dovrebbe assomigliare, ma siamo solo all’inizio del lavoro di misurazione delle sue proprietà. Misurarlo veramente e cercare di capire meglio questa particella rappresenta un programma di vent’anni. Potrebbe aprire una finestra su una nuova fisica. Studiando questo bosone nel dettaglio e misurandolo più precisamente potremmo definire quella che sarà la fisica di domani o di dopodomani.

Ci potrebbero anche essere altri bosoni di Higgs. La supersimmetria predice che ve ne sono almeno cinque. Finora per ogni particella abbiamo trovato dei partner piuttosto pesanti. Vi potrebbe quindi essere una versione più pesante di Higgs.

L’LHC e i suoi quattro rilevatori (ATLAS, CMS, LHCb e ALICE) sono disposti in una galleria circolare di 27 chilometri, a 100 metri sotto terra. cern.ch

swissinfo.ch: In che modo il fatto di aumentare la potenza dell’LHC vi aiuta a trovare nuove particelle?

D.C.: Quest’anno, i più grandi effetti che otterremo saranno dovuti alla maggiore energia dei fasci. Con più energia nei fasci, avremo delle collisioni più forti, in base alla formula di Einstein E=mc2. Ciò significa che possono produrre particelle più pesanti rispetto a prima. È la grande tappa che supereremo quest’anno.

Negli anni seguenti, aumenteremo ancora l’intensità delle collisioni e quindi raccoglieremo ancora più dati e cercheremo dei processi più rari. Il vero salto è però quest’anno.

È il più grande passo in avanti nel programma LHC.

swissinfo.ch: Come può descrivere l’ambiente che regna al CERN in questo momento ?

D.C.: L’eccitazione è palpabile. La gente è presente 24 ore su 24, sette giorni su sette. L’ambiente è eccellente. Tutti si rallegrano di vedere i nuovi dati. Visto che la macchina è già stata utilizzata, sappiamo che funziona e che potremo avere dei buoni dati, coi quali potremo rapidamente fare della fisica.

LHC

Progettato all’inizio degli anni ’80, l’LHC ha iniziato a funzionare nel 2008 al CERN (l’organizzazione europea per la ricerca nucleare) di Ginevra. Questa macchina costata 6,5 miliardi di franchi svizzeri è il più grande acceleratore di particelle mai costruito.

È installato in una galleria circolare lunga 27 chilometri, costruita 100 metri sotto terra.

La macchina è composta principalmente di due tubi attraverso i quali circolano, ognuno in un senso, dei fasci di protoni ad alta energia, che vengono fatti collidere. Queste collisioni avvengono in quattro rivelatori giganti, dove i fisici cercano di identificare delle particelle ‘esotiche’. I fasci circolano a una velocità vicina a quelle della luce, guidati da migliaia di magneti supraconduttori.

(traduzione di Daniele Mariani)