Celebrato il primo dei dieci previsti crio-assemblaggi con due magneti sviluppati negli Stati Uniti per l’aggiornamento del progetto High-Luminosity LHC del Large Hadron Collider.
Il 18 dicembre 2023, il CERN di Ginevra (Svizzera) ha festeggiato l’arrivo di una consegna, giunta ad inizio del mese, di due magneti lunghi 4,2 metri l’uno, provenienti dal FermiLab, il laboratorio nazionale statunitense per lo studio della fisica delle particelle con sede fuori Batavia, vicino a Chicago.
Il CERN è il maggiore laboratorio a livello mondiale che svolge la ricerca scientifica sulla fisica delle particelle elementari concentrandosi su costruzione, funzionamento ed adeguamento del Large Hadron Collider-LHC, il più potente acceleratore di particelle al mondo costituito da un anello di 27 chilometri di magneti superconduttori, con una serie di strutture acceleranti per aumentare l’energia delle particelle lungo il percorso.
All’interno dell’acceleratore, due fasci di particelle ad alta energia viaggiano ad una velocità prossima a quella della luce, ricreando le condizioni verificatesi poco dopo il Big Bang.
I raggi viaggiano in direzioni opposte in tubi separati (sotto vuoto ultraelevato) e sono guidati attorno all’anello acceleratore da un forte campo magnetico mantenuto da elettromagneti superconduttori formati da bobine di cavo elettrico speciale che funziona in uno stato superconduttore, conducendo efficientemente l’elettricità senza resistenza o perdita di energia. Questo richiede il raffreddamento dei magneti a -271,3°C, una temperatura più fredda di quella dello spazio
Nel luglio 2012, LHC ha ottenuto il suo primo grande successo vedendo il famoso bosone di Higgs, la particella il cui campo permette a tutte le particelle di avere una massa.
High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) ha l’obiettivo di incrementare la luminosità 10 volte oltre il valore di progettazione. Il programma è guidato dal CERN con il supporto di una collaborazione internazionale di 44 istituzioni, in 20 paesi.
La luminosità è un indicatore importante per il rendimento ed è proporzionale al numero di collisioni che avvengono in un dato intervallo di tempo. Maggiore è la luminosità, maggiore è la quantità di dati che gli esperimenti possono raccogliere consentendo lo studio di rari eventi subatomici.
I nuovi magneti costruiti negli Stati Uniti comprimeranno i due fasci di protoni che viaggiano in direzioni opposte attorno all’LHC appena prima che si scontrino contribuendo ad accrescere il tasso di collisione di un fattore pari a 5 rispetto all’originale.
Gli scienziati analizzano le collisioni per conoscere le particelle subatomiche e le leggi fondamentali della fisica. Oggi sappiamo che esiste molta materia oscura e molta energia oscura, ma ignoriamo la loro natura. Un altro mistero è dove sia finita l’antimateria.
Aumentare il tasso di collisione non è un’impresa facile.
I ricercatori hanno impiegato un materiale usato di rado chiamato niobio-3-stagno, o Nb3Sn, invece del niobio-titanio.
Nb3Sn è un eccellente superconduttore quando è raffreddato con elio liquido a meno 271,25° Celsius, ma non era mai stato utilizzato in un acceleratore su larga scala perché è estremamente difficile da lavorare.
Giorgio Apollinari, responsabile del progetto di aggiornamento dell’acceleratore HL-LHC presso il Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, ha spiegato come il composto sia fragile come il vetro, ma le vetrate delle cattedrali dimostrano come sia possibile durare secoli, se trattate correttamente.
La spedizione dei magneti e delle loro componenti tra i laboratori è stato il punto critico. Come ha commentato Apollinari: “Non si può inviare in sicurezza un criogruppo da 25 tonnellate con una protezione di polistirolo o pluriball”.
I fisici amano le sfide che risolvono con pragmatismo.
Il magnete doveva arrivare al CERN in ottime condizioni e non subire danni durante il trasporto. Per ottenere il risultato atteso è stato fabbricato un magnete fittizio di 25 tonnellate di cemento e ferro caricandolo di sensori.
Il blocco ha viaggiato per gli Stati Uniti e poi è stato imbarcato con destinazione finale il CERN. I sensori erano così efficienti che gli scienziati riuscivano a monitorare quando il camion attraversava i binari di una ferrovia. Con i dati raccolti sono state progettate attrezzature speciali con un piano che tenesse conto di quanta forza ed accelerazione il magnete potesse tollerare dalle turbolenze del viaggio della durata di un mese.
Questi crio-assemblaggi provenienti dagli Stati Uniti verranno utilizzati insieme ai magneti lunghi 7,2 m sviluppati al CERN per HL-LHC
Entrambi le tipologie saranno collocate, a 100 metri di profondità, nella stringa inner-triplet (IT), una struttura del CERN costruita per testare tutti gli elementi che comprenderanno le regioni di interazione degli esperimenti ATLAS e CMS.
L’installazione di HL-LHC inizierà nel 2025, con il piano di cominciare a far collidere i protoni con la macchina aggiornata nel 2029.
RIPRODUZIONE RISERVATA – © 2023 SHOWTECHIES – Quando la Tecnologia è spettacolo™
Immagini: CERN – FermiLab
Commenta per primo