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SCIENZAinDIRETTA/ LHC: Large Hadron Collider. Il ruolo della Superconduttività in una grande Impresa Scientifica

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La fisica delle particelle prevede l’esistenza di un bosone non ancora rivelato, il bosone di Higgs. La sua «creazione» richiede energie elevatissime, dell’ordine dei TeV (1012 eV), condizioni che si sono verificate appena un picosecondo (10-12s) dopo il Big Bang. Al CERN di Ginevra sta per entrare in funzione un nuovo acceleratore, il Large Hadron Collider (LHC), con lo scopo, tra gli altri, di ottenere questo risultato.
L’autore, uno dei responsabili del progetto, ne tratteggia le caratteristiche essenziali.

 

 

 

 

 

 

Acceleratori e superconduttività (SC) sono stati dei buoni amici per molti anni. A partire dalla camera a bolle Argonne, che è stato il più grande magnete a superconduttori utilizzato per esperimenti in fisica, e dal Tevatron, che è stato il primo grande acceleratore basato sulla superconduttività, la Fisica delle Alte Energie (HEP) ha dato un enorme impulso allo sviluppo pratico della superconduttività.
In particolare, quando la possibilità di un’applicazione pratica ed economica della SC si stava indebolendo per il settore dell’energia negli anni Ottanta, la Fisica delle Alte Energie incoraggiò miglioramenti non appena ci fu una serie di progetti che richiedevano una continua Ricerca e Sviluppo (R&D).
[A sinistra: il logo di LHC]
Il Grande Collisore Adronico (Large Hadron Collider, LHC), che è in fase di completamento al CERN, è l’ultimo di una serie di acceleratori di grandi dimensioni basati sulla tecnologia SC e ha una dimensione quattro volte superiore e un livello di campo magnetico due volte più elevato degli acceleratori precedenti.
Anche i suoi principali rilevatori, denominati ATLAS e CMS, sono basati su magneti SC di dimensioni ed energia mai ottenuta prima. In totale nei magneti a superconduttori dell’LHC saranno presenti circa 15 GJ di energia magnetica. L’LHC sarà anche la prima applicazione su grande scala di HTS (High Temperature Superconducting) nel funzionamento di un grande apparato, usando 1180 fili elettrici tutti basati su Bi-2223 con vari amperaggi sino a 13 kA.

 

 

 

Fisica delle particelle e acceleratori

 

 

Gli acceleratori sono una delle due frontiere della fisica. Da una parte, l’Astrofisica studia oggetti giganti come le galassie alle più lontane distanze (1025 m) per mezzo sia di telescopi ottici che di radiotelescopi. Da un altro lato, la Fisica delle Alte Energie studia le dimensioni infinitamente piccole, cercando i costituenti elementari del nostro mondo e le forze che li tengono insieme. Da questo punto di vista gli acceleratori sono dei potentissimi microscopi che possono indagare la materia in un dettaglio estremamente piccolo.
In effetti gli acceleratori utilizzano particelle a una tale energia che la lunghezza d’onda associata ? = h/p (1) è molto corta, permettendo di risolvere dettagli del suo stesso ordine di grandezza. In LHC, dove le collisioni elementari accadranno nella scala dei TeV, la corrispondente ? è di 10-18m: in tal modo potremmo chiamare tali macchine «attoscopi» (essendo «atto» il prefisso per 10-18).
Nel raggiungere l’energia necessaria per sondare la materia in modo così dettagliato, noi ricreiamo anche le condizioni che esistevano solo all’inizio del nostro mondo. La relazione tra il tempo dopo il Big Bang e l’energia necessaria per raggiungerlo è del tipo t ÷ 1/E2, dove t è in microsecondi ed E è in GeV. Nella scala dei TeV che si raggiunge in LHC, si ricreano le condizioni che sono esistite 1 ps dopo il Big Bang: in un certo senso gli acceleratori sono anche macchine che vanno all’indietro nel tempo!
La Fisica delle Alte Energie negli ultimi trent’anni è stata in grado di fornire una descrizione abbastanza buona dei costituenti fondamentali, che sono tutti compresi nel modello denominato Modello Standard.



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