Tuffo nell’LHC, l’Acceleratore di Particelle più Grande del Mondo

Un tunnel di 27 km situato a 100 metri di profondità: ecco l’anello dell’LHC (Large Hadron Collider) del CERN, centro di ricerca sulla fisica delle particelle, ossia sullo studio dei componenti fondamentali dell’universo. Alcune delle particelle teorizzate dai modelli fisici riguardanti la struttura della materia non sono mai state osservate nella realtà: si cerca, quindi, di produrle facendo collidere fasci di protoni accelerati e visualizzandone una traccia utilizzando i rivelatori di particelle. Così nel 2012 è stato scoperto il bosone di Higgs, teorizzato nel 1964.

Ma com’è possibile contenere ed indirizzare fasci di particelle con un’energia di circa 7TeV ed una velocità prossima a quella della luce? Semplice, basta usare delle calamite!

Ma andiamo con ordine. I due fasci di protoni viaggiano in direzioni opposte all’interno di due camere a vuoto, mantenute saldamente da collari in acciaio; il tutto si trova all’interno di particolari bobine (un terzo delle quali è stata prodotta dall’italiana Ansaldo Superconduttori) costituite da masse di cavi isolati ed avvolti intorno ad una matrice metallica. Vengono utilizzati cavi di tipo Rutherford (in tutto 750.000 km): essi sono costituiti da filamenti di niobio titanio, un materiale che, mantenuto ad una temperatura di 1.9 K, si comporta da superconduttore, ossia non oppone resistenza al passaggio di corrente. Ciò è fondamentale per minimizzare le perdite Joule dovute alla corrente (di circa 13 kA) necessaria per la creazione del campo magnetico che indirizza i fasci di protoni, sfruttando la forza di Lorentz. La temperatura richiesta è mantenuta costante utilizzando dell’elio superfluido: ciò rende l’LHC il posto più freddo dell’universo!

Al di sopra delle bobine vengono montati dei gioghi ferromagnetici per migliorare la distribuzione delle linee di campo magnetico, per poi procedere alla cottura sotto pressione, a circa 185°C. Per rendere la struttura più robusta, in vista delle sollecitazioni meccaniche, dovute alle forze elettromagnetiche, che dovrà sopportare (circa 1600 tonnellate), si utilizza una particolare pressa prima di procedere alla saldatura. Il magnete va poi montato nel tunnel blu sotterraneo, un tubo criogenico all’interno del quale è garantito l’isolamento termico.

Nell’LHC attualmente si utilizzano 2000 di questi magneti di dipolo superconduttori da 8 Tesla; ma nella Large Magnet Facility del CERN sono stati realizzati i primi prototipi di magneti da 11 Tesla in niobato 3-stagno, da utilizzare per la prossima fase di High Luminosity dell’ LHC.

Ma le magie del CERN non finiscono qui, alla prossima puntata…

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