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LHC: obiettivo raggiunto, per il 2010

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Nella notte tra mercoledi' 13 e giovedì 14 ottobre l'obiettivo principale per il 2010 per l'operazione con protoni del Large Hadron Collider (LHC- grande collisore di adroni) al CERN (il Centro Europeo di Fisica delle Particelle situato vicino a Ginevra al confine tra la Francia e la
Svizzera) è stato raggiunto con due settimane di anticipo: è stata ottenuta una luminosità di picco di 1032 cm-2s-1.

La luminosità di picco è uno dei parametri fondamentali per caratterizzare le prestazioni di un collisore dal momento che il numero di collisioni visibili dagli esperimenti per unità di tempo è direttamente proporzionale alla luminosità.

Alla luminosità di 1032 cm-2s-1 il numero di collisioni "interessanti" per unità di tempo è di qualche milione per secondo. A questo passo, nel 2011, sarà possibile accumulare una messe di dati corrispondente (in termini di potenziale di scoperta per la fisica delle particelle) a parecchi anni di operazione del Tevatron, il collisore del Fermilab, il Centro di Ricerca di Fisica delle Particelle dedicato ad Enrico Fermi, situato vicino a Chicago negli Stati Uniti. Questo grazie alla più alta energia di collisione raggiunta all'LHC (7 milioni di milioni di elettron-volt rispetto a meno di 2 milioni di milioni elettron-volt al Tevatron).

L'impressionante progressione delle prestazioni dell'LHC (la luminosità è stata aumentata di più di centomila volte dalla fine del mese di marzo quando si sono registrate le prime collisioni ad un energia di 7 milioni di milioni di eletron-volt) è la conseguenza dell'elevatissima qualità del campo magnetico generato dai magneti superconduttori, dell'affidabilità degli impianti criogenici che mantengono i magneti alle bassissime temperature richieste (-271 gradi centigradi) per l'operazione in regime superconduttivo, dell'accuratezza  dei modelli teorici della macchina e dei controlli del fascio, della precisione della strumentazione necessaria per misurare le proprietà dei fasci di particelle.

La luminosità della macchina dipende fortemente dalla capacità di massimizzare la brillanza (ovvero la densità trasversa di particelle) nei fasci. Già da alcuni anni i fisici del CERN hanno dimostrato che la catena di acceleratori che alimentano l'LHC può produrre fasci di estrema brillanza (superiore a quella inizialmente prevista nella fase di progetto) e nell'ultimo mese considerevoli progressi sono stati fatti nella preservazione di tale brillanza nell'LHC superando le più ottimistiche previsioni a meno di un anno dall'inizio dell'operazione della macchina.

La luminosità di un collisore dipende anche dal numero di protoni che vengono fatti circolare nella macchina. Gli attuali record di luminosità sono stati ottenuti con fasci di protoni composti da più di 35 milioni di milioni di protoni. L'energia immagazzinata in tali fasci (20 milioni di joule) è tale da poter fondere circa 30 kg di rame ed è per di più concentrata nella piccola sezione trasversa del fascio (inferiore al millimetro quadrato). Per imbrigliare questa densità
elevata di energia all'interno dei 27 km di camera a vuoto (alla temperatura di -250 C) sono ovviamente necessari precisi sistemi di misura e di controllo del fascio.

Il raggiungimento di questo arduo obiettivo con due settimane di anticipo rispetto al previsto costituisce un motivo di orgoglio per i gruppi di fisici, ingegneri e tecnici che hanno contribuito al progetto e fa ben presagire per l'operazione nel 2011. Le due settimane che rimangono saranno dedicate ad aumentare ulteriormente le prestazioni della macchina e nel mese di novembre fasci di ioni piombo verranno iniettati ed accelerati per la prima volta nell'LHC.

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Crediti immagine: Gordon Johnson/Pixabay

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