Si conclude il cablaggio per l'aggiornamento dell'LHC

May 30, 2023

Per comprendere meglio come funziona il nostro universo, i ricercatori stanno aggiornando il più potente acceleratore di particelle al mondo: il Large Hadron Collider (LHC). Oggi, un team del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia ha completato un passo cruciale nell’aggiornamento, trasformando più di 2.220 km (1.367 miglia) di cavi in ​​cavi per la prossima generazione di magneti di focalizzazione dell’LHC.

I magneti saranno i più potenti nel loro genere e aumenteranno notevolmente il numero di collisioni nei due rilevatori generici dell'LHC, ATLAS e CMS. Più collisioni producono più dati, il che significa che gli scienziati possono cercare meglio fenomeni rari e da scoprire e indagare su alcuni dei più grandi misteri della fisica, cose come l’origine della massa e la natura della materia oscura e dell’energia oscura.

“I magneti superconduttori consentono la scienza prodotta all’LHC e disponiamo di un eccezionale team multi-laboratorio che spinge le frontiere della tecnologia dei magneti”, ha affermato Soren Prestemon, direttore del Berkeley Center for Magnet Technology. “Per la prima volta utilizzeremo le straordinarie proprietà del superconduttore niobio-stagno in un collisore operativo”.

Il primo passo per realizzare questi magneti è trasformare i fili superconduttori in cavi che possono poi essere avvolti in bobine magnetiche. Ma realizzare quei cavi non è un’impresa facile. Ciascuno dei 111 cavi è un unico pezzo continuo realizzato avvolgendo 40 singoli fili di filo attorno a un nucleo di acciaio inossidabile. Se anche solo un filo si incrociasse su un altro in qualsiasi punto dell’intera lunghezza – tipicamente 470 metri – il cavo si rovinerebbe. Lo sforzo ha richiesto la collaborazione di esperti della Divisione ATAP (Accelerator Technology & Applied Physics) e della Divisione di Ingegneria del Berkeley Lab.

"Siamo come il direttore di una compagnia di balletto", ha affermato Ian Pong, uno scienziato dell'ATAP che guida il compito di cablaggio. "Abbiamo 40 ballerini - le bobine di filo - che piroettano in cerchio per un percorso di circa tre ore, e la nostra responsabilità è quella di assicurarci che nessun singolo passo venga mancato durante l'intera performance."

La realizzazione dei cavi è una parte dell'Accelerator Upgrade Project (AUP), il contributo statunitense al progetto High-Luminosity LHC (HL-LHC). Quattro istituzioni collaborano per progettare, produrre e testare i magneti per AUP: Berkeley Lab, Brookhaven National Laboratory, National High Magnetic Field Laboratory presso la Florida State University e Fermi National Accelerator Laboratory, che guida il progetto.

"​​Sebbene ogni fase del processo di costruzione del magnete abbia la stessa importanza, nessuna delle altre fasi può avvenire senza prima avere cavi superconduttori di alta qualità", ha affermato Mike Naus, un ingegnere scientifico associato all'ATAP e vice leader dell'attività.

Dal 2016, Berkeley Lab avvolge i cavi AUP e li invia in un viaggio di mesi per diventare magneti. I cavi vengono avvolti e trattati termicamente al Brookhaven Lab e al Fermilab prima di tornare al Berkeley Lab, dove quattro bobine vengono assemblate in magneti chiamati quadrupoli. Al Fermilab, i quadrupoli vengono uniti in “crioassemblaggi” che vengono testati e spediti al CERN, dove verranno installati durante una lunga chiusura dell’LHC alla fine di questo decennio.

"Si tratta di apparecchiature ad altissima tecnologia che coinvolgono persone provenienti da tutti gli Stati Uniti", ha affermato Jean-Francois Croteau, un ricercatore post-dottorato presso l'ATAP che ha lavorato sulla garanzia della qualità dei cavi. "È impressionante avere tutti questi laboratori coinvolti per creare qualcosa che nessuno di loro potrebbe realizzare da solo."

Realizzare i nuovi magneti in niobio-stagno consente campi magnetici più ampi rispetto a qualsiasi magnete precedente realizzato in niobio-titanio. I magneti funzioneranno a circa 12 tesla, diverse centinaia di migliaia di volte più forti del campo magnetico terrestre. Lavoreranno di concerto con una versione più lunga dei magneti quadrupolari attualmente prodotti dal CERN (dove l'avvolgimento del cavo superconduttore è completo al 70%).

Insieme, i magneti di focalizzazione comprimeranno i fasci di particelle dell'LHC in gruppi densi, aumentando la possibilità che le particelle interagiscano. Una volta aggiornato, l’LHC ad alta luminosità sarà in grado di produrre tra 5 e 7,5 miliardi di collisioni di protoni al secondo (rispetto al miliardo attuale) e gli scienziati prevedono di produrre almeno 15 milioni di bosoni di Higgs all’anno.