C’è un silenzio particolare nel tunnel del Large Hadron Collider. Per anni, tra Svizzera e Francia, questa straordinaria macchina ha accelerato protoni, generato collisioni e permesso a migliaia di scienziati di analizzare segnali infinitesimali nascosti in enormi quantità di informazioni. Adesso quel frastuono impercettibile si è interrotto. Il CERN ha disattivato il LHC al termine dell’ultima sessione di acquisizione dati, dando avvio al Long Shutdown 3, un’estesa fase di interventi destinata a trasformare l’acceleratore nella sua configurazione ad alta luminosità, nota come High-Luminosity Large Hadron Collider.
Un fermo tecnico lungo e sostanziale
Quattro anni rappresentano un intervallo considerevole nella fisica delle particelle. Tuttavia, questa interruzione ha la concretezza di un grande cantiere: magneti da estrarre, componenti da rinnovare, nuove infrastrutture criogeniche, corridoi tecnici, impianti elettrici e rivelatori da potenziare. Soltanto nell’LHC verranno smantellati e sostituiti circa 1,2 chilometri di elementi, all’interno di un anello di 27 chilometri che già rappresenta un prodigio ingegneristico gestito con precisione elvetica.
Il cronoprogramma punta al 2030, con l’attivazione dell’HL-LHC prevista per giugno di quell’anno. Il termine tecnico può risultare ostico, ma il principio è chiaro: incrementare la luminosità significa moltiplicare il numero di collisioni significative, generando maggiori quantità di dati e aumentando le probabilità di osservare fenomeni estremamente rari. La nuova configurazione dovrebbe raggiungere una luminosità integrata circa dieci volte superiore rispetto al progetto iniziale del LHC.
In sostanza, il CERN sta allestendo uno strumento in grado di scrutare con maggiore nitidezza là dove oggi si riesce solo a intravedere. Con l’HL-LHC, i ricercatori potranno esaminare con precisione superiore il bosone di Higgs, individuare scostamenti minimi dal Modello Standard e ricercare tracce di tutto ciò che rimane ancora al di fuori della cornice conosciuta: materia oscura, antimateria, particelle ignote, processi talmente rari da sembrare quasi rumore di fondo finché qualcuno non riesce a identificarli.
L’acceleratore che conosciamo
Il Large Hadron Collider aveva fatto circolare i primi fasci nel settembre 2008, producendo le prime collisioni di protoni nel 2009. Da quel momento ha attraversato tre grandi fasi operative, accumulando una mole impressionante di dati per gli esperimenti del CERN. Il suo risultato più celebre rimane l’identificazione del bosone di Higgs, annunciata il 4 luglio 2012 dalle collaborazioni ATLAS e CMS, un traguardo che ha confermato un meccanismo teorico atteso da quasi cinquant’anni.
Quella scoperta ha avuto la risonanza delle grandi occasioni scientifiche, portando la fisica teorica per qualche giorno anche nelle conversazioni quotidiane, tra chi pronunciava “bosone” con estrema sicurezza e chi cercava semplicemente di comprendere perché una particella potesse meritare tanta attenzione. Il valore scientifico resta fondamentale: il LHC ha fornito conferma sperimentale a un elemento cruciale del Modello Standard, la teoria che descrive le particelle fondamentali e le loro interazioni, almeno fino ai limiti attuali della nostra conoscenza.
Dopo Higgs, tuttavia, la macchina ha proseguito il suo lavoro. Il CERN segnala centinaia di progressi, oltre 85 adroni identificati, analisi sullo squilibrio tra materia e antimateria, indagini su nuove particelle, misurazioni sul plasma di quark e gluoni, ovvero lo stato della materia che aiuta a ricostruire condizioni prossime a quelle dell’Universo primordiale. Si tratta di una fisica metodica, spesso ingrata per chi cerca risultati spettacolari, costruita su pazienza, esclusioni, margini statistici, segnali che emergono e svaniscono.
Più collisioni, più interferenze, più opportunità
La fase successiva sarà più intensa. Nei punti dove i fasci di protoni si intersecano, gli esperimenti ATLAS e CMS dovranno gestire tra 140 e 200 collisioni protone-protone per ogni incrocio dei pacchetti di particelle, rispetto alle circa 60 dell’ultimo periodo operativo del LHC. Tradotto in termini più accessibili: i rivelatori dovranno selezionare gli eventi rilevanti all’interno di un traffico impressionante, con oltre cinque miliardi di interazioni al secondo.
Per sostenere questo incremento, ATLAS e CMS subiranno rinnovamenti radicali. Verranno modificati i sistemi di trigger, quelli che stabiliscono quali collisioni meritano di essere registrate e studiate. Arriveranno nuovi tracciatori al silicio, rivelatori con miliardi di canali di lettura, strumenti di temporizzazione capaci di operare su scale di pochi picosecondi, calorimetri in grado di funzionare ad altissime frequenze. La fisica, in questo contesto, dipende da un aspetto molto concreto e decisivo: isolare il segnale corretto in mezzo a una moltitudine che genera rumore.
L’obiettivo dichiarato è raccogliere volumi di dati molto superiori. Il CERN prevede che l’HL-LHC possa generare, durante la sua vita operativa, circa 380 milioni di bosoni di Higgs, contro i circa 55 milioni prodotti dal LHC dall’inizio delle sue attività. Questa differenza modifica il tipo di interrogativi che possono essere posti. Una particella già scoperta può trasformarsi in un laboratorio ancora più raffinato, quasi una lente attraverso cui cercare piccole fratture nella teoria.
L’attività scientifica prosegue senza fasci
Lo spegnimento del LHC, dunque, assomiglia più a un cantiere che a una chiusura definitiva. Durante questi anni i fasci di particelle resteranno inattivi, mentre il lavoro scientifico continuerà sui dati già acquisiti. Migliaia di ricercatori esamineranno ciò che il collider ha prodotto finora, preparando nel frattempo software, rivelatori, procedure, modelli e strumenti per la nuova stagione. La macchina tace, la ricerca rimane attiva.
C’è anche un aspetto quasi pratico, se così si può definire parlando di magneti superconduttori e gallerie sotterranee. Le grandi infrastrutture scientifiche invecchiano, necessitano di manutenzione, consolidamento, sicurezza, aggiornamenti. Il Long Shutdown 3 servirà anche per intervenire su altre componenti del complesso degli acceleratori, dalle strutture sperimentali agli impianti tecnici, fino ai sistemi di sicurezza e alle reti elettriche.
Quando il complesso inizierà progressivamente a riavviarsi, dal 2028, il passaggio verso il 2030 aprirà una fase inedita per la fisica delle alte energie. L’attesa sarà prolungata, e forse anche un po’ frustrante per chi spera sempre nella prossima particella capace di ridisegnare la mappa. Tuttavia il LHC ha già insegnato una lezione semplice: l’Universo concede risposte con una lentezza quasi irritante. Bisogna costruire macchine enormi per fargli dire qualche parola in più.
Fonte: CERN