LHC: pronti alla ripartenza (parte II)

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Il 19 settembre del 2008 a soli 9 giorni dall'iniezione dei primi fasci di particelle un incidente assai serio ha bloccato le operazioni di funzionamento del Large Hadron Collider, un acceleratore circolare di 27 km di circonferenza costruito al Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (CERN, il laboratorio europeo dedicato alla fisica delle particelle) di Ginevra. Da quel momento decine di scienziati ed ingegneri hanno lavorato freneticamente in due direzioni: da una parte capire l'origine dell'incidente ed incrementare i controlli e le procedure di sicurezza per evitarne di nuovi, dall'altra riparare l'ingente danno che ha coinvolto molte delle parti presenti in uno dei settori (otto in tutto) della macchina al più presto possibile. Alla base di un incidente del genere, limitato comunque ai soli danni materiali, c'è stata una rara combinazione di circostanze molto difficili da prevedere a causa dell'estrema complessità del progetto.

LHC è il più grande e potente acceleratore di particelle costruito fin qui, in esso due fasci di protoni circoleranno in versi opposti raggiungendo un'energia di 7 TeV (corrispondente al 99,9999991 % della velocità della luce) mai toccata in precedenza in nessun laboratorio del mondo. I protoni si scontreranno ogni 25 miliardesimi di secondo in punti equipaggiati con apparati sperimentali progettati per osservare i fenomeni prodotti negli urti. Le condizioni di densità di energia e temperatura che si verranno a creare saranno equivalenti a quelle esistenti un millesimo di miliardesimo di secondo (10-12 sec) dopo la creazione dell'universo. In queste condizioni si potrebbero creare nuove particelle mai osservate fino ad ora che permetterebbero di svelare il mistero della massa o gettare luce sul problema della materia oscura. Si tratterà di saper trovare questi nuovi oggetti di misurarne le caratteristiche e di inquadrarli in un ambito teorico generale sperando di progredire nella conoscenza della natura. L'esplorazione della frontiera dell'energia, necessaria a questo progresso, ha implicato un salto ai limiti della tecnologia: la realizzazione di magneti superconduttori da oltre 8 T (Tesla).

I protoni sono guidati all'interno di un anello sotterraneo da 9593 magneti di diversi tipi e con differenti funzioni. Quelli più importanti e difficili da realizzare sono i 1232 dipoli (magneti che realizzano un campo uniforme), ciascuno dei quali è lungo 15 m e viene mantenuto ad una temperatura di -271.3°C (molto vicina allo zero assoluto) da un sistema criogenico assai complesso ad elio superfluido. Un campo magnetico di 8.3 T richiede infatti l'impiego di una corrente elettrica di 11700 A e questo, per via del consumo di energia, rende proibitivo l'uso di magneti a temperatura ambiente. Si sono sfruttate allora le proprietà superconduttrici di una lega Niobio-Titanio NbTi in cui ad una temperatura inferiore ai -263°C la corrente scorre senza resistenza elettrica. LHC rappresenta oggi il sistema criogenico più grande esistente e uno dei punti più freddi della Terra. Si tratta di una macchina molto complicata la cui costruzione ha richiesto sviluppo tecnologico e controlli di qualità di standard elevato su un grande numero di pezzi.

La comprensione della dinamica dell'incidente dovuto ad un difetto nella giunzione della connessione elettrica (20000 in tutta la macchina) tra due dipoli ha condotto a sviluppare ed applicare dei nuovi sistemi di test sensibili ad anomalie minimali per riverificare tutte le giunzioni sia a caldo che a freddo ed eventualmente ripararle. Accanto a ciò sono attuate delle misure di consolidamento per incrementare le protezioni della macchina. La riparazione del settore danneggiato si è conclusa all'inizio dell'estate.

L'enorme lavoro fatto, l'analisi dei rischi rivista alla luce di quanto accaduto e delle modifiche apportate hanno convinto il management del CERN e gli scienziati esperti della macchina acceleratrice che le condizioni per ripartire in completa sicurezza siano state raggiunte. La macchina è attualmente in fase di raffreddamento per raggiungere la temperatura operativa. A metà novembre i fasci di protoni ricominceranno a circolare in LHC ad un'energia di 3.5 TeV (inferiore all'energia di progetto) per poi aumentare nel corso del 2010 fino a raggiungere il 70% dell'energia nominale in questo primo ciclo di funzionamento. Questo cammino graduale verso le condizioni di disegno permetterà agli scienziati della macchina di comprenderne il comportamento prima di affrontare il balzo finale verso i 7 TeV. Nel frattempo i dati raccolti consentiranno comunque di aprire una finestra su una regione inesplorata che potrebbe riservare delle sorprese.

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