Riassunto:
Il Centro europeo per la ricerca nucleare (CERN) ha lanciato ufficialmente la più importante serie di aggiornamenti del Large Hadron Collider (LHC). Quando la prima connessione magnetica fu interrotta, il più grande acceleratore di particelle del mondo iniziò ad entrare nella fase di smontaggio e sostituzione, aprendo la strada all'era futura del "High-Brightness Large Hadron Collider" (HiLumi LHC).
Il Large Hadron Collider è lungo 27 chilometri e circonda il confine sotterraneo tra Francia e Svizzera. All'interno sono distribuiti migliaia di diversi tipi di magneti superconduttori, inclusi magneti dipolari, magneti quadrupolari, magneti esapolari, magneti ottupolari e magneti decapolari. Questi magneti condividono l'importante compito di guidare, controllare e comprimere il fascio di particelle.
Il tipo di attrezzatura più critica è chiamato "set di magneti tripolari interni". Sono costituiti da tre magneti quadrupolari, installati su entrambi i lati dei quattro principali dispositivi sperimentali del Large Hadron Collider. Il suo compito è comprimere il raggio di particelle in un intervallo quanto più piccolo possibile prima che le particelle entrino nel rilevatore e si scontrino.
Quanto più strettamente viene compresso il raggio di particelle, tanto maggiore è la probabilità di collisione. La frequenza con cui si verificano queste collisioni è chiamata "luminosità". Per gli esperimenti di fisica delle particelle, maggiore è la luminosità, maggiore è la quantità di dati che si possono ottenere, aiutando gli scienziati a studiare più a fondo le leggi fisiche più basilari dell'universo.
Per raggiungere futuri obiettivi operativi ad alta luminosità, i magneti tripolari interni esistenti devono essere sostituiti da una nuova generazione di dispositivi più potenti. Questa operazione è uno dei progetti principali del terzo piano di manutenzione delle fermate a lungo termine (LS3).
Questo mese, il team di ingegneri ha interrotto la prima serie di collegamenti magnetici, segnando l'inizio ufficiale del lavoro di sostituzione del magnete. Anche Mark Thomson, direttore generale del CERN, ha fatto un viaggio speciale al primo punto dell'LHC dove si trova l'area sperimentale di ATLAS per testimoniare questo importante nodo.
Secondo il piano del progetto, in futuro nel Large Hadron Collider verranno installati 16 sistemi criostati e 28 componenti criogenici. Si prevede che il primo dei nuovi magneti quadrupolari sarà trasportato nel tunnel e installato all'inizio del 2029.
Il punto forte di questo aggiornamento deriva dalla nuova generazione di tecnologia dei magneti superconduttori.
I magneti tripolari interni attualmente in funzione utilizzano principalmente materiali superconduttori al niobio-titanio, mentre le nuove apparecchiature in futuro utilizzeranno bobine superconduttrici al niobio-stagno più avanzate. Con questo materiale, il nuovo magnete può generare un'intensità del campo magnetico fino a 11,3 Tesla, ovvero circa il 40% in più rispetto alle apparecchiature esistenti.
Campi magnetici più forti significano che i raggi di particelle possono essere ulteriormente compressi, aumentando significativamente la frequenza delle collisioni. Questo è l’obiettivo principale del programma High-Luminosity Large Hadron Collider.
Secondo gli indicatori di progettazione, il sistema aggiornato consentirà ai due principali esperimenti di ATLAS e CMS di ottenere molti più dati rispetto alla fase attuale. Nei prossimi anni, i ricercatori sperano di utilizzare questi dati per misurare con maggiore precisione le proprietà del bosone di Higgs, cercare segni di materia oscura ed esplorare nuovi fenomeni fisici oltre il Modello Standard.
Vale la pena notare che non tutte le aree sperimentali richiedono la sostituzione del magnete tripolare interno.
Poiché gli esperimenti ALICE e LHCb hanno obiettivi di ricerca e metodi operativi diversi da quelli di ATLAS e CMS, i magneti tripolari interni esistenti continueranno a essere mantenuti. Tuttavia, questi esperimenti saranno comunque soggetti a miglioramenti di accompagnamento per sfruttare appieno i futuri miglioramenti della luminosità complessiva.
Dall'inizio di settembre, il team di ingegneri ha gradualmente smantellato i componenti dell'acceleratore di grandi dimensioni vicino ad ATLAS e CMS. L'attrezzatura rimossa questa volta comprendeva 28 magneti superconduttori, compreso il sistema tripolare nel nucleo coinvolto nel progetto di aggiornamento.
Il CERN ha dichiarato che questo aggiornamento è uno dei progetti di modifica su larga scala più complessi nella storia del Large Hadron Collider. Con l’inizio ufficiale dei lavori di smantellamento, questo dispositivo scientifico che ha aiutato l’umanità a scoprire il bosone di Higgs si sposterà gradualmente in una nuova era di alta luminosità, fornendo capacità sperimentali più potenti per la ricerca fisica di base nei prossimi decenni.
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