È
senza dubbio l’esperimento scientifico più famoso al mondo. Con i suoi 27 km di
tunnel sotterraneo a cavallo del confine franco-svizzero, il Large Hadron
Collider è la macchina più grande e complessa mai costruita dall’uomo, che
ha fatto parlare di sé l’intero pianeta quando, nel luglio del 2012, il CERN di
Ginevra ha annunciato la scoperta del bosone di Higgs,
l’ultimo pezzo mancante del Modello Standard delle particelle elementari.
Qualche
mese prima del Nobel – dovuto e inevitabile – a Peter Higgs e François Englert,
nel febbraio 2013 LHC è stato spento: si concludeva così il Run 1, ovvero il
primo capitolo dell’attività di LHC.
Meritato riposo? Niente affatto: il «long
shutdown» è servito per la manutenzione e soprattutto per il potenziamento
dell’enorme macchina targata CERN.
Ci
sarà da aspettare ancora un po'. Il CERN aveva annunciato che, dopo due anni di
lavoro, LHC sarebbe stato in questi giorni di nuovo ai blocchi di partenza per
ricominciare la sua attività scientifica. Ma proprio quando la cosa sembrava
ormai imminente, il sito del CERN ha comunicato che un malfunzionamento ritarderà la riapertura
del colosso elvetico.
Il
problema è di quelli da poco: un “banale” cortocircuito a un magnete.
Risolverlo sarà semplice, ma purtroppo non breve. I magneti conduttori di LHC,
infatti, per funzionare correttamente sono tenuti a una temperatura bassissima,
appena 1,9 gradi sopra lo zero assoluto: questo li rende, con ogni probabilità,
gli oggetti più freddi dell’universo. Per sistemare l’intoppo occorre riportare
il magnete a temperatura ambiente, eliminare il cortocircuito e poi
raffreddarlo nuovamente. L’operazione, nel suo complesso, richiederà un tempo
abbastanza lungo: non ben definito, per ora, ma dell’ordine di alcune
settimane. Ci sarà quindi da attendere ancora, ma il CERN assicura che
l’inconveniente non avrà alcun impatto nell’attività futura di LHC. «Rispetto
allo schema generale delle cose, un ritardo di qualche settimana nella ricerca
volta a comprendere il nostro universo è più breve di un battito di ciglia»,
commenta Rolf Heuer, direttore generale del CERN.
Dopo
questa lunga attesa, il Run 2 di LHC – che durerà all’incirca tre anni – sarà
caratterizzato da grosse novità. La prima, e più importante, è senza dubbio
l’energia delle collisioni.
Non
si tratta certo del primo “upgrade” del Large Hadron Collider, da questo
punto di vista. Anzi, la storia di LHC ha proceduto per step successivi
in un continuo crescendo. Nel novembre del 2009 si sono prodotti i primi fasci
a 1,18 TeV (teraelettronvolt); nel marzo 2010 i primi fasci a 3,5 TeV. Facendo
collidere due fasci di questa energia, si sono ottenute le prime collisioni a 7
TeV. Nell’aprile del 2012 si sono raggiunti addirittura gli 8 TeV.
A
partire da maggio o giugno, le collisioni di LHC raggiungeranno il valore di
ben 13 TeV: il massimo mai raggiunto nella storia. Vediamo insieme quale nuova
fisica potrà indagare il “nuovo” LHC.
A tu per tu con l’Higgs
La
domanda sorge spontanea: se sono bastati 6,5 TeV per scovare il famigerato
bosone di Higgs, che cosa si potrà trovare con collisioni di energia doppia?
La
risposta è che non si sa, ed è proprio per questo che c’è l’intenzione di
realizzare quelle collisioni. Ci sono delle previsioni, dei modelli teorici più
o meno promettenti, e con LHC si vuole vedere se sono corretti oppure no.
Il
capitolo Higgs, del resto, non è ancora chiuso. Certo, la scoperta è stata
fatta e confermata, ma con 13 TeV si potrà fare una conoscenza più approfondita
di questa particella. Per esempio, i fisici sono interessati ad avere misure
più precise della sua massa e del suo tasso di decadimento in altre particelle
più leggere. Lo scopo è duplice: cercare eventuali anomalie rispetto alle
previsioni del Modello Standard, che potrebbero indicarci nuove linee di
ricerca da seguire, ma anche usare quei dati per fare previsioni su cose che
ancora non conosciamo bene. Per esempio, è possibile che la particella di Higgs
non sia una particella elementare?
In cerca di SUSY
Naturalmente
c’è tanta fisica da fare e da scoprire anche oltre quella di Higgs. L’attesa più
concitata riguarda senz’altro la supersimmetria, una particolare estensione teorica del Modello Standard secondo cui
tutte le particelle elementari avrebbero dei corrispettivi “alter ego”, che
però finora non sono stati osservati. La supersimmetria è interessante per
diversi motivi: risolve in maniera naturale alcuni problemi nella Teoria di Grande Unificazione, fornisce dei
candidati per la materia oscura (i neutralini) ed è una conditio
sine qua non per la teoria delle stringhe, uno dei più grandi
castelli teorici mai costruiti dall’uomo, tutto ancora da verificare.
Molti
avevano previsto che osservare gli “alter ego” previsti dalla supersimmetria
sarebbe stato un compito alla portata del Run 1 di LHC, ma il grande
acceleratore del CERN non ha scorto nessun indizio che potesse confermare
questa teoria. Forse non esiste nessuna supersimmetria (e questo
rappresenterebbe un colpo durissimo, se non fatale, per le teorie di stringa);
oppure la supersimmetria è lì, ma a energie che LHC potrà raggiungere soltanto
in questa versione “potenziata”.
Molti
fisici sostengono che, se non la si osserverà a 13 TeV, bisognerà cominciare a
rinunciare alla supersimmetria. In un caso o nell’altro, sarà una notizia
bomba.
Dimensioni extra, particelle esotiche e plasmi di quark-gluoni
Ci
sono tante altre cose che LHC potrà studiare con 13 TeV. Per esempio, un’altro
prerequisito indispensabile per la teoria delle stringhe sono le dimensioni
spaziali extra. Un metodo per provare la loro presenza è studiando la gravità
su piccolissima scala: se le dimensioni extra sono reali, l’attrazione
gravitazionale tra le particelle dovrebbe essere più debole rispetto a quella
predetta dalla classica legge di Newton per distanze inferiori al milionesimo di
millimetro. Con un po’ di fortuna, LHC potrà compiere queste misure e
confermare – o smentire – l’idea delle dimensioni extra. Questa è probabilmente
la potenziale scoperta più sensazionale che LHC sarà in grado di fare durante
il Run 2.
Il
Large Hadron Collider cercherà anche particelle esotiche – cioè non
previste dal Modello Standard – non supersimmetriche. C’è davvero molta
frenesia in questo senso. Non solo per i cosmologi, che sperano di trovare dei
candidati alla materia oscura: la scoperta di particelle esotiche
rappresenterebbe il primo vero indizio su una teoria oltre il Modello Standard.
Cosa di cui, oggi come oggi, il mondo della fisica teorica comincia ad avere un
estremo bisogno.
Per
finire, un ritorno alle origini: LHC potrà ricreare una situazione davvero
molto simile a quella presente
nell’universo appena un miliardesimo di secondo dopo il Big Bang. Stiamo
parlando di una sorta di “minestrone” fatto di quark – i costituenti dei nuclei
atomici, per intenderci – e gluoni, particelle che tengono insieme i quark tra
loro. Secondo gli scienziati, questo “minestrone” riempiva l’intero cosmo
dell’epoca. Ricrearlo e analizzarlo con LHC significa sbirciare nell’universo
primordiale e nei suoi segreti.
