Novità dal CERN: Allo studio il più grande collisore di particelle al mondo

Il CERN, il laboratorio europeo di fisica delle particelle, situato nei pressi di Ginevra, in Svizzera, ospita il Large Hadron Collider, anche conosciuto come LHC. Si tratta del più grande acceleratore di particelle del mondo, lungo ben 27 chilometri. Il 19 giugno, il CERN ha annunciato l’intenzione di lanciare uno studio di fattibilità tecnica e finanziaria volto alla costruzione di un collisore di dimensioni ancora maggiori, che arriva a raggiungere la lunghezza di 80/100 chilometri, di cui due in successione. Questo nuovo collisore potrebbe raggiungere un’energia sette volte superiore a quella del Large Hadron Collider. La prima macchina, tuttavia, non sarebbe costruita prima del 2040.



Il Future Circular Collider Study, o FCC, ha infatti come obiettivo lo spingere le frontiere di energia e intensità dei collisori di particelle, per estendere ulteriormente la ricerca attualmente condotta presso l’LHC, dopo che questo avrà raggiunto la fine della sua durata di vita.


Il direttore generale del CERN Fabiola Gianotti, inoltre, sottolinea che non sia stato preso alcun impegno per la costruzione di un nuovo collisore, il cui costo potrebbe addirittura raggiungere i 20 miliardi di dollari. Secondo quanto detto da Gianotti, non c’è nessuna raccomandazione per la realizzazione di questo progetto, ma arriverà tra qualche anno, dopo il completamento dello studio di fattibilità.


Cos’è un acceleratore?


Gli acceleratori sono stati inventati negli anni ’30 per indagare la struttura del nucleo atomico attraverso la fornitura di particelle energetiche. Grazie agli acceleratori, che vengono impiegati in diversi campi della fisica, si può aumentare l’energia di un fascio di particelle attraverso la loro accelerazione, andando a generare campi elettrici e campi magnetici che le guidano e focalizzano.


Si presenta sotto forma di anello, ovvero un acceleratore circolare, attorno al quale viaggia ripetutamente un fascio di particelle, o in linea retta, ovvero un acceleratore lineare, in cui il fascio va da un’estremità all’altra. Al CERN un certo numero di acceleratori è unito in sequenza per raggiungere energie successive più elevate.


Il tipo di particella varia a seconda dello scopo dell’esperimento. Il Large Hadron Collider fa collidere i protoni e pesanti ioni di piombo grazie alla loro accelerazione. Al contrario di quanto ci si possa aspettare, l’LHC non richiede una grande quantità di particelle, dal momento che provengono tutte da una sola bombola di ossigeno gassoso, sostituita soltanto due volte l’anno perché ne sia garantita la corretta pressione.


I piani per il Large Hadron Collider


Il Large Hadron Collider ha iniziato a raccogliere dati a partire dal 2010, ma già in precedenza, per l’esattezza a partire dagli anni 2000, si parlava della costruzione di un collisore lungo all’incirca 30 chilometri, in linea retta, il cui obiettivo sarebbe stato il frantumare elettroni in positroni. Una macchina di questo tipo potrebbe completare l’LHC circolare, dal momento che frantuma i fasci di protoni in contro circolazione.


Il Large Hadron Collider e questa seconda macchina avrebbero punti di forza diversi dal momento che un collisore di protoni può generalmente avere dei picchi di energia più alti e scoprire nuove particelle più pesanti. I protoni stessi sono composti da altre particelle, che rispondono al nome di quark, andando a creare delle collisioni disordinate. Al contrario, elettroni e positroni sono praticamente indivisibili, andando a creare delle collisioni decisamente più pulite.

Cern particelle

Storicamente le collisioni di protoni hanno portato alla scoperta di nuove particelle e al loro conseguente studio, specialmente nelle collisioni di elettroni e positroni. Otto anni fa, nel 2012, il protone LHC ha fatto saltare in aria il bosone di Higgs. Si tratta dell’ultima particella del modello standard dei fisici e si trova al centro della spiegazione di come tutte le particelle fondamentali ottengono la loro massa.


Molti fisici hanno proposto la costruzione di un collisore di elettroni-positroni al fine di creare una fabbrica di Higgs con lo scopo di produrre la particella in quantità elevate e verificarne le proprietà previste.


Il Giappone si è anche offerto di ospitare un collisore lineare di questo tipo. In caso di risultati diversi dalle previsioni effettuate, ci si ritroverebbe davanti a una variazione della fisica rispetto al modello standard portato avanti da quarant’anni: si tratterebbe di un traguardo senza precedenti.


Il CERN nel futuro


Il consiglio del CERN, con l’annuncio della costruzione del collisore dagli 80 ai 100 chilometri, ha fatto un primo passo verso un futuro in cui non solo vediamo un enorme acceleratore per studiare l’Higgs, ma anche un più potente collisore di protoni per raggiungere una nuova frontiera ad alta energia.


La costruzione del collisore a lungo raggio non mette completamente da parte l’idea di un collisore lineare, al quale alcuni fisici hanno lavorato a lungo.


Secondo Halina Abramowicz, fisico dell’università di Tel Aviv alla guida dell’esercizio di pianificazione, durante un Q&A online ha affermato che raccomanda la continuazione della ricerca e dello sviluppo sull’acceleratore, così che non vada persa l’opportunità di migliorare la tecnologia.


Tra il 2026 e il 2027, dovrebbe essere concluso lo studio di fattibilità, con l’aggiornamento della strategia a lungo termine del CERN.


Articolo di Chiara Pozzoli

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