Future Society

Il CERN si ferma ma la ricerca continua

20 settembre 2019 | Scritto da Mattia Ortino

Le grandi scoperte del centro europeo per la ricerca nucleare passano anche per periodi di stop, riorganizzazione e analisi dei dati ottenuti

“Il camerlengo, lassù… l’antimateria… Guardate, Roma è salva!”. Angeli e Demoni, blockbuster del 2009, chiudeva più o meno così – tra le righe di un plot più meno plausibile – la faccenda “pericolo quantistico”. Oddio, il pericolo quantistico. L’antimateria che esplode (annichilisce, sarebbe forse più appropriato) nel cielo etereo della città eterna. Qualche giorno prima avveniva il furto della stessa, in questo laboratorio super-protetto all’interno di un centro di ricerca super-protetto, che il mondo conosce come CERN.
Tutto molto cinematografico, insomma. Ma mica male come incubo.

Il Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (Ginevra, Svizzera), ha infatti bisogno anche dei sogni (non incubi) per convertire in realtà alcune strabilianti fantasie, ma è risaputo, per sognare bene c’è bisogno di periodi di riposo, ed è proprio quello che hanno fatto al CERN con un periodo di stop agli esperimenti dalla durata di due anni. Certo, pensare di produrre in massa antimateria e che essa finisca nelle mani sbagliate compromettendo città intere… Beh, questo funziona più sui blog complottistici*.

(*Ad onor del vero, l’antimateria al CERN la studiano sul serio presso l’“Antimatter Factory”, uno dei laboratori del CERN ma nessuno sinora ha però mai concesso un’uscita libera agli antiprotoni, tranquilli.)

 

Dal nulla al Nobel. Quando si parla di sogni al CERN, si intende anzitutto una più o meno consolidata capacità di stupire a piccoli passi l’umanità stessa. Di passare anni sotto traccia, convincere governi ed enti internazionali a infondere denaro in ricerche che nessuno dei burocrati al tavolo capirà mai davvero, a cercare soluzioni eco-friendly con possibili ritorni in knowledge transfer per accontentare un po’ tutte le anime in gioco. E poi, solo dopo, arriva la zampata: l’evento del secolo, di cui parlano tutti per anni, Nobel immediato, pubblicità a palate, film e documentari, interviste e collaborazioni.

Nessuno però parla mai di cosa, appunto, avviene un po’ più a monte. La pianificazione certosina, i lavori programmati anni prima, il ricambio generazionale, i problemi ingegneristici, i ritardi, i mega recuperi, l’accorpamento di circa 10.000 persone che lavorano a turno insieme su migliaia di aspetti diversi per farsi trovar pronti per quella data, l’inizio di quell’esperimento e dunque di una nuova fisica. Diamo insieme un’occhiata dietro al sipario, provando a cogliere solo una degli aspetti della grande macchina organizzatrice che sta dietro un annuncio sensazionale.

 

Il secondo Long Shutdown. Oggi si parla di pausa, di interruzione dei lavori, in altre parole di “Long Shutdown 2”. Niente particelle,
rubinetti spenti, si chiudono i battenti e si rinnovano i locali, ci si rivede tra un paio d’anni. Non ha stupito nessun addetto ai lavori questo messaggio che, dal 10 Dicembre dello scorso anno, campeggia sugli schermi al CERN che trasmettono 24h live i risultati della fisica prodotta in LHC, il più grande acceleratore di particelle sul pianeta. Niente operazioni, tutto spento. Ma perché?

Perché periodicamente al CERN si fa così. Non si produce né si fa scontrare nessun protone o ione pesante per due anni, e… nel frattempo si mischia il mazzo. Sì, equipaggiando però le nuove carte con l’ultima tuta super figa di Iron Man.
Tutto a Ginevra (come da tradizione svizzera) è programmato con diversi anni di anticipo, da prima della “consegna” di un nuovo esperimento alla dismissione dello stesso: tempistiche di assemblaggio, periodo di utilizzo, deadlines sugli obiettivi ragionevolmente raggiungibili, pause di manutenzione ordinarie,  ripresa delle operazioni, pause lunghe (Long Shutdowns), dismissione dei lavori.

 

Energie più alte. Per esempio, nel 2021 si inizierà subito con un’energia più alta: 7 TeV (TeraElettronVolt) per fascio (particelle circa 13 milioni di volte più energetiche di un elettrone a riposo!) contro i 6.5 TeV utilizzati negli ultimi 3 anni. Dunque, alcune componenti del buon vecchio acceleratore vanno cambiate adesso, testate e poi in sicurezza utilizzate nel nuovo corso. Nel 2025 inizia il grande nuovo progetto – High-Luminosity LHC (Hi-Lumi) – che utilizzerà dei valori di luminosità più alti: vi saranno ovvero, a parità di energia, molte più collisioni tra i due fasci in arrivo nei punti di scontro, dunque molte più particelle esotiche e sconosciute prodotte da questi mini-Big Bang. Come avrete intuito, questa semplice affermazione richiede, ahimè, diversi upgrades dell’attuale complesso di acceleratori per essere tradotta in realtà, a partire dal primissimo step di accelerazione.

 

Tempo di pulizie. I protoni prodotti da una semplice “bottiglia” di idrogeno vengono infatti accelerati inizialmente (prima di essere immessi in quelli circolari, di cui LHC rappresenta solo l’ultimo stadio) attraverso un acceleratore lineare: il vecchio Linac2 (da “Linear Accelerator”, Lin-ac) verrà a tal proposito definitivamente rimpiazzato dal più nuovo Linac4. Allo stesso modo anche agli altri step intermedi, prima dell’ultimo sprint finale nelle caverne dove tutto collide, sarà rifatto il look: oltre al Proton Synchrotron (PS) anche il Super Proton Synchrotron (SPS) sarà ritoccato: per resistere a livelli più alti di intensità (dunque di stress meccanici durante il suo ciclo vita) il precursore di LHC dovrà adottare dei nuovi sistemi di “pulizia” (sì, non stupitevi, di tanto in tanto bisogna rimuovere un po’ di particelle in giro, altrimenti dannose). Una volta in SPS, Il fascio verrà infatti fatto passare nel nuovissimo beam dump, al cui interno trovano spazio materiali che assorbiranno le particelle rimaste e non gradite: tonnellate su tonnellate di grafite, molibdeno e tungsteno. Tutto circondato da un involucro di cemento, marmo e ghisa (colorato di verde, al CERN sono molto attenti ai codici cromatici).

 

Magneti superconduttori. O Parliamo per esempio dei magneti superconduttori, una delle più importanti e delicate tecnologie del laboratorio d’oltralpe. Finora i dipole magnets, i magneti che grazie ai loro potentissimi campi piegano il percorso del fascio di particelle lungo il tunnel (altrimenti destinato a schiantarsi sul muro alla prima curva!), hanno lavorato a circa 8 T (1600 volte più intenso di quello prodotto dalla calamita attaccata sul vostro frigo). D’ora in poi, l’obiettivo sarà quello di portarli fino a 11/12 T, nel tempo. Circa 20 di questi magneti verranno sostituiti in questi due anni di sosta, lavorando anche a tutta la criogenia ad essi connessa (già, i magneti superconduttori del CERN lavorano a circa -271° !) e alla nuova elettronica da implementare.

È dunque un sali e scendi dal tunnel, svita e riavvita, carica/scarica tonnellate di dispositivi, zero margini di errore e tempi solo apparentemente lunghi e rilassati. Dove ci sono ambienti ancora radioattivi, i tecnici specializzati fanno la ormai sempre più tradizionale staffetta con i robot per limitare i quantitativi di dose assorbita agli standard di legge. Funziona così anche nelle caverne dei grandi esperimenti, a 100 metri sottoterra, dove risiedono ATLAS, ALICE, CMS e LHCb: in questi posti, teatro delle grandi collisioni (è in questi rivelatori oversize che han trovato il famose Bosone!), uno sciame di uomini in tuta da lavoro smonta e trasporta calorimetri, lastre di silicio, camere a vuoto, cavi elettrici – i cavi al CERN hanno dei numeri speciali: pensate che durante questa lunga pausa, circa 40.000 cavi verranno rimossi/installati. Se srotolati tutti, la loro lunghezza totale supererebbe i 2000 km-. ATLAS sta montando una nuova small-wheel per la rivelazione dei muoni, insieme ad uno nuovo sistema di trigger (una serie di dispositivi in grado di segnalare, dopo ogni collisione, l’arrivo di dati interessanti che altrimenti verrebbero scartati) nonché un intero remake dell’apparato elettronico.

La ricerca continua. Certo, chi non sarà giù nel tunnel o nelle caverne a darsi da fare certo non starà con le mani in mano. Dopo questi anni di operazione (quasi) ininterrotta vi sono milioni di dati da analizzare, grafici da comparare e teorie da sviluppare o modificare. Le università, che ricevono dati dal CERN su base quotidiana, ribolliranno di studenti, dottorandi e ricercatori da più di 60 Paesi alle prese con terabytes e terabytes di dati da processare. Sarà anche il momento del confronto, dei congressi, del vecchio e nuovo scetticismo che avanza, delle nuove proposte di tesi. Tutto con data di scadenza Dicembre 2020, il termine dei due anni di shutdown.
È tutto un lavoro di incastro, un domino ben predisposto che presuppone la lungimiranza come parola chiave. Un mondo che grazie ai social media ha sempre più eco, che entra finalmente un po’ nelle vite di tutti, anche di chi di quel bosone alla fine non ne se farà nulla.
Il CERN è questo: una grande cucina, aperta 24h al giorno, con ingredienti sempre nuovi, anche per i cuochi stessi.
Perché non continuare a sperimentare e ad assaggiare?

Mattia Ortino
Mattia Ortino

Mattia è un ricercatore dell’Università Tecnica di Vienna dove sta completando il suo Ph.D. in fisica. Ha lavorato al CERN e vi collabora ancora all’interno del progetto EASITrain, finanziato dall’UE.

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