Al Cern di Ginevra sono stati avviati, in questi giorni, i lavori di miglioramento del Large Hadron Collider (Lhc) ossia l'acceleratore di particelle che nel 2012 ha permesso la verifica dell'esistenza del bosone di Higgs, la cosiddetta "particella di Dio". Entro il 2026 si prevede l'inaugurazione del Hl-Lhc, ossia dell'acceleratore ad alta luminosità che consentirà di ricavare 10 volte più informazioni rispetto a quelle possibili con la tecnologia attuale, nella speranza di trovare risposte più concrete per la consolidazione del Modello Standard.
Enormemente grande per guardare l'infinitamente piccolo
E' curioso come bastino "piccole" sonde per esplorare gli infiniti spazi dell'Universo e come, di contro, siano necessarie strutture enormi per osservare le più piccole particelle che lo compongono. Eppure, per riuscire a verificare l'esistenza del bosone di Higgs, la "particella di Dio" che secondo il Modello Standard conferisce la massa a tutte le altre particelle elementari, è stato necessario utilizzare l'Lhc, l'acceleratore di particelle del Cern, che si estende per ben 27 chilometri di circonferenza nel sottosuolo dei pressi di Ginevra, in Svizzera. Tali dimensioni sono però strettamente necessarie per poter ricreare sulla Terra delle condizioni paragonabili a quelle presenti pochi attimi dopo il Big Bang, sfruttando alcune "semplici" leggi fisiche.
L'Lhc accelera dei fasci di particelle in direzioni opposte all'interno di questo enorme tubo circolare fino a velocità prossime a quelle della luce (più di 1 miliardo di chilometri orari), per poi farle scontrare. Dall'esplosione di energia che ne deriva, i ricercatori raccolgono una grande quantità di dati che permette loro di ricavare informazioni su come è costituita la materia fino ai suoi più piccoli componenti, ancora più piccoli degli atomi stessi.
Alta luminosità, che cosa si intende?
Il progetto di upgrade, avviato in fase di design già dal 2011, prevede il miglioramento degli oltre 1600 magneti super-conduttori (tra i magneti più potenti al mondo), che riescono a mantenere in orbita circolare le particelle quasi alla massima velocità possibile nell'Universo. Entro il 2026, si prevede che questi nuovi magneti, uniti ad altri miglioramenti tecnologici tra i più sofisticati del pianeta (sistemi di raffreddamento criogenici ad elio liquido e convertitori di potenza), consentiranno di aumentare la luminosità dell'acceleratore di oltre 10 volte.
Ma cosa si intende per luminosità? Quando si parla di acceleratori di particelle, la luminosità è una misura che indica le performance della struttura, ossia la quantità di particelle che riesce ad accelerare e a far scontrare in un dato lasso di tempo. A titolo di paragone, l'Lhc nel 2012 è riuscito a produrre circa 1,2 miliardi di bosoni di Higgs che sono stati sufficienti a dimostrarne la sua esistenza. Ma i dati prodotti non erano ancora sufficienti per le altre particelle del Modello Standard di cui ancora non si hanno certezze. L'Lhc ad alta luminosità invece, si prevede che produrrà in un solo anno oltre 15 miliardi di bosoni di Higgs, con un aumento di sensibilità tale da consentire ai ricercatori di analizzare dettagli sempre più piccoli ed eventi più rari e impossibili da vedere con la tecnologia attuale.
Alla ricerca dei segreti dell'Universo
Con un investimento di oltre 950 milioni di Franchi Svizzeri (circa 820 milioni di Euro) in 10 anni, il Cern scommette nella nuova tecnologia del suo High Luminosity Large Hadron Collider per scavare a fondo nei più grandi misteri dell'Universo che da decenni non trovano risposta. L'obiettivo principale è il consolidamento del Modello Standard, un modello proposto alla fine degli anni '60 che individua le interazioni tra le particelle elementari (come quark, elettroni, neutrini, fotoni etc) e come esse influenzino la materia e i fenomeni fisici a livello quantistico. Mancano ancora alcuni tasselli del puzzle e si spera che questo enorme investimento sia un passo in avanti per colmare le attuali lacune.
In particolare, l'interesse dei ricercatori del CERN è incentrato soprattutto sullo spiegare da cosa dipende la massa di neutroni e protoni (e dei barioni in genere), e del perché ogni particella elementare presenti una massa diversa e come essa possa dipendere dall'interazione con il campo di Higgs. Inoltre si cercano risposte su cosa siano la materia e l'energia oscura, di cui ad oggi non si sa ancora praticamente nulla ma che costituiscono il 95% del nostro Universo. Si cercano anche degli indizi sull'esistenza di altre dimensioni oltre allo spazio-tempo, come previsto dalla teoria delle stringhe, di cui ancora non si è riscontrata traccia. Inoltre, la maggior quantità di dati ricavabili con questa nuova tecnologia permetterà di approfondire ulteriormente la conoscenza delle particelle elementari già note.
