Oltre Lhc, verso il più potente acceleratore di particelle al mondo

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Ricercatori di tutto il mondo stanno muovendo i primi passi per progettare un nuovo potentissimo acceleratore di particelle. Questo acceleratore potrebbe raggiungere energie anche 10 volte più alte di quelle ottenute dal Large Hadron Collider (Lhc), il grande acceleratore al Cern di Ginevra che ha portato alla scoperta del bosone di Higgs nel 2012. Mentre l’Lhc (ora in pausa) fa scontrare i protoni, il nuovo potrebbe far collidere muoni, particelle simili agli elettroni ma con massa molto più grande. Oggi, gli scienziati di una collaborazione internazionale – la Mice Collaboration (Muon Ionization Cooling Experiment) – hanno annunciato di essere riusciti a compiere il primo passo verso questo nuovo grande acceleratore. In particolare, spiegano di aver studiato per la prima volta un processo cruciale per la costruzione dei futuri acceleratori di muoni, che ad oggi non esistono. I risultati sono pubblicati su Nature. Qui un’immagine della strumentazione.

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Crediti: Imperial College London

Acceleratore di particelle, perché accelerare i muoni

Oltre a permettere di conoscere meglio il mondo delle particelle e fisica sconosciuta, l’accelerazione di fasci di muoni può essere utile per varie applicazioni. Ad esempio, come spiegano i ricercatori, per studiare in maniera molto precisa la struttura atomica dei materiali. Oppure i muoni potrebbero servire come catalizzatori delle reazioni di fusione nucleare. Attualmente queste reazioni sono studiate per realizzare per centrali nucleari di produzione dell’energia del futuro (ad oggi le centrali si basano sulla fissione nucleare).

Come raggruppare i muoni

I ricercatori della Mice Collaboration hanno appena annunciato di essere riusciti a comprimere i muoni in un volume molto ristretto, in cui è probabile che avvengano collisioni (finora mai avvenute fra muoni). I passi per arrivarci sono stati vari. Inizialmente hanno generato i muoni facendo scontrare un fascio di protoni contro un bersaglio. Poi li hanno separati e selezionati rispetto alle altre particelle create nello scontro, il tutto mediante particolari lenti magnetiche. I muoni raccolti così raccolti però formavano una nuvola voluminosa in cui le particelle si muovevano in varie direzioni ed era poco probabile che avvenissero delle collisioni.

Per accorpare i muoni in un volume più piccolo e farli procedere insieme in una direzione, i ricercatori hanno poi utilizzato una speciale tecnica di raffreddamento (beam cooling) che serve a controllare il moto delle particelle. Gli autori spiegano di aver riprodotto per la prima volta il processo chiamato “raffreddamento dei muoni per mezzo della ionizzazione”. Con questa tecnica hanno ottenuto un fascio di muoni compatto e accorpato, in cui anche le collisioni sono più frequenti.

Acceleratore di particelle, far collidere i muoni

A questo punto i muoni possono scontrarsi fra loro oppure rallentare dando luogo a un decadimento, una reazione in cui vengono prodotte altre particelle da studiare. Avere delle collisioni fra muoni è importante per questo: per scoprire e studiare nuove particelle ed eventuali fenomeni fisici inesplorati che hanno a che fare con la materia.

Acceleratore, il primo esperimento è riuscito

L’esperimento è riuscito e rappresenta un primo tassello del puzzle che potrà portare al potentissimo acceleratore di particelle, fino a 10 volte più dell’Lhc, secondo gli autori. Gli autori spiegano di aver studiato per la prima volta un processo cruciale per la costruzione dei futuri acceleratori di muoni chiamato “raffreddamento dei muoni per mezzo della ionizzazione” “La Collaborazione Mice ha mostrato un modo completamente nuovo di schiacciare un fascio di particelle in un piccolo volume”, ha spiegato Chris Rogers, del Science and Technology Facilities Council (Stfc) ISIS Neutron nel Regno Unito. “Questa tecnica è necessaria per ottenere un collider di muoni efficiente, che possa superare anche le performance del Large Hadron Collider”.

Gli acceleratori di particelle, fra certezze e dubbi

Ma non è l’unico acceleratore di particelle che in futuro potrebbe superare l’Lhc. Un’altra recente proposta è quella di realizzare un successore al Cern dell’Lhc, chiamato Future Circular Collider (Fcc). Nell’ipotesi degli scienziati, l’Fcc sarà di 100 km, contro i 27 dell’Lhc, e anche lui raggiungerà energie quasi 10 volte superiori rispetto a quelle dell’Lhc. Ma qualcuno ha sollevato dei dubbi. La nota fisica teorica tedesca Sabine Hossenfelder si è recentemente espressa sul New York Times nonché sul suo blog sulle criticità dell’impresa. Per lei l’utilizzo dei collider, e dunque la fisica delle particelle, rimane la strada più promettente per capire com’è fatta la materia. Tuttavia, come spiega, una spesa di circa 9 miliardi di euro è troppo elevata e non è sicura che ne valga la pena.

Riferimenti: Nature

(Credits immagine di copertina: Gerd Altmann via Pixabay)