I progetti per costruire un Large Hadron Collider più grande
Nel marzo 2010, l’LHC ha avviato la collisione di protoni con un’energia senza precedenti di otto teraelettronvolt – vale a dire quattro volte superiore a Tevatron, negli Stati Uniti. Dopo un anno e mezzo di funzionamento, nel luglio 2012, il tanto cercato bosone di Higgs, ossia il fondamento del modello standard della fisica delle particelle, è stato scoperto. Per estendere ulteriormente il suo potenziale di scoperta, l’LHC avrà bisogno di un importante ampliamento. Il progetto HILUMI LHC (FP7 high luminosity Large Hadron Collider design study), finanziato dall’UE, mira alla realizzazione di tale potente acceleratore di particelle che può essere usato per osservare i processi rari. Una velocità di collisione delle particelle superiore richiede tecnologie innovative basate sulla superconduttività. Queste includono magneti ad alto campo per la guida e concentrazione delle particelle a energie ultrarelativistiche, e cavità a radiofrequenza per la rotazione del fascio, con una nuova generazione di collimatori a bassa impedenza. Il team HILUMI LHC ha preparato il terreno per aumentare la luminosità dell’LHC di un fattore fino a dieci, ben al di là del valore originale di progettazione. Scienziati e ingegneri da 15 istituzioni europee, nonché da istituti di Russia, Giappone e Stati Uniti, hanno lavorato insieme per trovare una soluzione. I partner del progetto hanno stabilito i parametri del fascio necessari per raggiungere la luminosità desiderata e hanno definito le specifiche dell’alto campo magnetico. Essi hanno deciso i principali parametri del reticolo di magneti quali dimensioni, gradienti di campo operativo e la tecnologia dei magneti più adatta. È importante sottolineare l’impegno nella progettazione di magneti in combinazione con cavità a radiofrequenza. Significativi progressi sono stati fatti nella progettazione dei magneti ad alto campo utilizzando la tecnologia Nb3Sn (11-12 Tesla, ovvero un valore del 40 % superiore ai campi LHC): cavità superconduttive compatte generano campi elettrici deflettenti, nonché usando la criogenia a elio superfluido per il raffreddamento. Diverse tappe significative sono state raggiunte anche rispetto alla messa a punto di aggiornamenti relativi alla struttura della regione di interazione. Alcuni strumenti numerici sono stati creati per offrire avanzate tecniche di pulizia e protezione dai raggi in arrivo e collimazione dei detriti fisici. Si sono effettuate simulazioni di perdita del fascio e di deposizione dell’energia per definire i requisiti di collimazione e determinare l’impatto dei nuovi materiali sul sistema di collimazione. I materiali che mostravano caratteristiche più promettenti erano i compositi rame-diamante e carburo-grafite. L’LHC fornisce già i fasci di luminosità più alta tra tutti gli acceleratori di protoni del mondo. Un rilevante ampliamento del LHC assicurerà comunque la sua posizione di leader mondiale nel campo della fisica delle alte energie fino al 2040. Il progetto HILUMI LHC si è basato su competenze da tutto il mondo, con l’obiettivo di mantenere la European Research Area attraente per gli scienziati.
Parole chiave
LHC, strategia europea per la fisica delle particelle, bosone di Higgs, HILUMI LHC, velocità di collisione delle particelle, magneti ad alto campo