Il CERN ha compiuto un passo decisivo verso il Large Hadron Collider ad alta luminosità (HiLumi LHC) con l’inizio del raffreddamento criogenico della sua struttura di prova in scala reale a 1,9 kelvin (-271,3 °C). Il banco di prova, lungo 95 metri, riproduce le apparecchiature avanzate che trasformeranno progressivamente l’LHC nei prossimi anni ed è progettato per convalidare la nuova generazione di magneti per la focalizzazione del fascio e la loro infrastruttura altamente complessa. Questi sistemi costituiscono una pietra miliare dell’aggiornamento di LHC che dovrebbe entrare in funzione nel 2030.
Il Long Shutdown 3 segna la transizione a HiLumi LHC
Quest’estate inizierà il Long Shutdown 3 (LS3), un periodo di quattro anni di intenso lavoro durante il quale l’LHC sarà trasformato in HiLumi LHC. L’acceleratore aggiornato consentirà di decuplicare la velocità di collisione, o luminosità, aumentando drasticamente la quantità di dati a disposizione dei fisici. Questo aumento di prestazioni consentirà una precisione senza precedenti nello studio del bosone di Higgs e di altre particelle fondamentali, aprendo al contempo le porte all’osservazione di fenomeni rari e potenzialmente rivoluzionari.
Esplorare l’ignoto con una precisione senza precedenti
l’importanza e l’entusiasmo dell’LHC ad alta luminosità non possono essere sopravvalutati", ha dichiarato il direttore generale del CERN Mark Thomson, "si tratta del più grande progetto intrapreso dal CERN negli ultimi 20 anni. Insieme ai rivelatori aggiornati e agli strumenti avanzati di analisi dei dati, ci consentirà, per la prima volta, di studiare come il bosone di Higgs interagisce con se stesso, una misura che potrebbe far luce sui primi momenti dell’Universo e sul suo possibile futuro". L’LHC HiLumi esplorerà anche un territorio completamente inesplorato, dove potrebbe emergere l’inaspettato".
Nuove tecnologie al centro dell’aggiornamento
L’LHC HiLumi si basa su una serie di tecnologie all’avanguardia mai impiegate prima in un acceleratore di protoni. Tra queste, le cavità a granchio superconduttrici che inclinano i fasci di particelle per massimizzare i tassi di collisione, i collimatori di cristallo che rimuovono le particelle vaganti con alta precisione e le linee di alimentazione superconduttrici ad alta temperatura progettate per un funzionamento efficiente del magnete.
Il cuore dell’aggiornamento è costituito dai nuovi magneti interni di tripletto, realizzati con un composto superconduttore di niobio-stagno (Nb3Sn) in grado di generare campi magnetici più forti rispetto ai magneti di niobio-titanio utilizzati nell’attuale LHC. Installati ai lati degli esperimenti ATLAS e CMS, questi magneti funzioneranno a 1,9 kelvin, la stessa temperatura ultrabassa dell’attuale sistema di magneti di LHC.
Convalida dell’integrazione prima dell’installazione sotterranea
Per garantire che tutti i componenti funzionino perfettamente, il CERN ha costruito una replica in scala reale della struttura sotterranea, nota come Inner Triplet String. Questa struttura consente a ingegneri e fisici di testare l’integrazione e le prestazioni collettive dei nuovi sistemi in condizioni operative realistiche.
mentre ogni sistema è già stato testato singolarmente, l’Inner Triplet String ci permette di convalidare il loro funzionamento combinato", spiega Oliver Bruning, direttore del CERN per gli acceleratori e la tecnologia, "e ci dà l’opportunità di ottimizzare le procedure e di acquisire esperienza operativa prima dell’installazione nel tunnel, assicurando un’implementazione fluida ed efficiente".
Una collaborazione globale per la prossima era della fisica delle particelle
Parallelamente, gli esperimenti ATLAS e CMS stanno subendo ampi aggiornamenti per sfruttare appieno il potenziale scientifico dell’LHC HiLumi. Questo lavoro viene svolto in stretta collaborazione con centinaia di istituti in tutto il mondo. I miglioramenti dell’intero complesso di acceleratori rafforzeranno ulteriormente il ruolo di leader del CERN nella fisica delle alte energie.
Guidato dal CERN, il progetto HiLumi LHC riunisce quasi 50 istituti di oltre 20 Paesi, soprattutto europei. Oltre ai finanziamenti degli Stati membri e associati del CERN, il progetto ha ricevuto contributi speciali da diversi Paesi europei e da partner internazionali come Stati Uniti, Giappone, Canada e Cina.
Una fase critica in corso
Il raffreddamento della stringa di prova di HiLumi LHC, ottenuto grazie a un sofisticato sistema di refrigerazione e distribuzione dell’elio liquido, dovrebbe richiedere diverse settimane. Questa fase rappresenta una tappa cruciale nella preparazione del prossimo balzo in avanti della fisica delle alte energie.
