Lo stato di LHC, e un paio di ipotesi

Ieri pomeriggio, in un auditorium del CERN stracolmo che neanche avessimo scoperto il bosone di Higgs, Steve Myers, il nuovo capoccia di LHC, ci ha reso edotti dello stato di LHC e ha tentato fatto finta di gettare un po' di luce sul prossimo futuro. Se siete interessati ai dettagli sono a disposizione del pubblico le trasparenze della presentazione e, crepi, l'avarizia, persino il video. Quanto a me, quello che mi piacerebbe fare è tentare di leggere tra le righe della presentazione, e provare a rispondere a due o tre domande che stanno a cuore a tutti i fisici da queste parti.

Quando ripartirà LHC? Il programma ufficiale ha subito 3 settimane di ritardo rispetto a quanto annunciato in Febbraio, Dunque, volendo crederci, siamo ancora in tempo per una ripartenza entro l'anno, diciamo nell'autunno inoltrato. Ovviamente ci sono dei grossi "ma" da tenere in conto (vedi la slide 72): sopratutto la comprensione delle misure a freddo e  a caldo della resistenza delle connessioni in rame tra i magneti - connessioni sulle quali si scarica tutta la corrente dei magneti in caso di quench - che non si può ancora definire completa. Non cadrei dalle nuvole se il ritardo dovesse aumentare.

A quale energia funzionerà LHC il primo anno? L'energia dei fasci dipende fondamentalmente dalla corrente che si è in grado di far circolare nei magneti superconduttori: più energetico è il fascio, più serve un campo magnetico forte per mantenerlo in traiettoria, ergo servono correnti maggiori. Ovviamente cercando di evitare un incidente come quello dell'anno scorso; per evitare problemi in caso di quench con correnti sempre maggiori sono essenziali due fattori: garantire una bassa resistenza dei giunti in rame che citavo prima (più alta è la corrente, più bassa è la soglia di tolleranza per la resistenza; se ci sono giunti troppo resistivi non si potrà salire troppo con la corrente), e al contempo la capacità di evacuare in fretta l'energia immagazzinata nei magneti (cosa che si fa con una resistenza di dumping; i tecnici di LHC ne stanno sperimentando di nuove che permetterebbero un'estrazione dell'energia più veloce). Il tutto è riassunto in qualche modo da questo grafico, che nella presentazione di Myers è alla slide 77:

safe_current_vs_resistance

Sull'asse delle ascisse c'è la resistenza dei giunti, sulle ordinate la corrente massima che il sistema può sopportare in sicurezza con un giunto con una certa resistenza, e dunque, per estensione, l'energia massima concessa a un fascio di LHC. Le curve continue rappresentano la correlazione tra i due valori per l'attuale sistema di estrazione dell'energia dei magneti, quelle tratteggiate per quello migliorato. Avendo a disposizione solo il sistema attuale, per salire a 5 TeV sarebbero tollerabili giunti con una resistenza al massimo si circa 30 \mu\Omega, mentre per 4 TeV la tolleranza salirebbe fino a circa 60 \mu\Omega. Avendo a disposizione il sistema di estrazione rapido, circa 50 \mu\Omega diventerebbero tollerabili per i 5 TeV, e per i 4 TeV persino 80 \mu\Omega andrebbero bene. Se date una scorsa alle trasparenze vedrete che c'è almeno un giunto che misura circa 70 \mu\Omega: non prevedendo nessuna riparazione per non rallentare ancora la ripartenza, questo per me significa nella migliore delle ipotesi 4 TeV. Oppure magari anche 5 TeV, ma solo partendo più tardi per riparare il giunto incriminato. E in entrambi i casi mettendo in piedi il sistema di estrazione migliorato della corrente (sul quale però i tecnici di LHC sembrano decisamente ottimisti).

E la luminosità? Giustamente tutti si preoccupano dell'energia dei fasci (perché è importante per le sezioni d'urto di produzione, e perché l'energia è quella che, se troppo alta, può far danni), della luminosità si parla molto meno. Peccato, perché sarà un fattore altrettanto importante. Nella presentazione di Myers c'è un punto che centra con questo aspetto: il problema del Single Event Upset (in breve SEU, vedi slide 36 e seguenti). Riassumendo: l'elettronica digitale di controllo del fascio (gli alimentatori e altra roba simile) potrebbe avere dei problemi legati alla radioattività generata dal fascio. I neutroni residui di bassa energia (parliamo di 20 MeV circa) che circoleranno nel tunnel hanno la brutta abitudine di poter far cambiare di stato le memorie digitali, scambiando a caso degli 0 in 1 o viceversa: questa cosa non farebbe affatto bene a un pezzo di elettronica che serve a controllare alcuni elementi dell'acceleratore. Siccome i tecnici sembrano essersi accorti di questo potenziale problema un po' tardi, in attesa di avere dell'elettronica di ricambio resistente al SEU (esiste, esiste), per ora l'unica soluzione rimane spostare i pezzi più sensibili in zone più protette. Il punto è però che non riusciranno a farlo per tutti i pezzi sensibili prima della ripartenza di LHC (vedi slide 39, quando si menziona il next shutdown). Per non correre rischi dovranno dunque partire con un'intensità del fascio e una luminosità molto basse per non correre rischi, e vedere mano a mano che cosa succede all'elettronica sensibile che non sono riusciti a proteggere. Questo potrebbe significare avere delle luminosità istantanee ben più basse di quelle promesse a febbraio, e dunque raccogliere molti meno dati.

Staremo a vedere. Il prossimo aggiornamento dovrebbe arrivare verso fine agosto.

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8 Commenti

  1. GM
    Pubblicato il 3 luglio 2009 alle 09:32 | Permalink

    Caro Marco,
    e` impressionante come siano stati capaci di fare perdere un'ora di tempo a 500-1000 persone senza lasciare un messaggio chiaro. In realta` la sola cosa ragionevole sarebbe stata (a gennaio) di dire qualcosa come: ci sono state evidenti omissioni nei controlli di aspetti critici dell LHC; prima di ripartire dovremo ispezionare seriamente TUTTA la macchina, e fare tutto quello che e` necessario per evitare un' altra catastrofe. Questo, a mio modo di vedere, non e` stato fatto; se sei interessato a andare piu` nei dettagli dei problemi, e di cosa non e` stato neanche menzionato da Myers, guarda i link contenuti in questo articolo:

    http://www.symmetrymagazine.org/breaking/2009/06/19/cern-reports-on-lhc-repair-progress-restart-still-set-for-fall/

  2. Pubblicato il 3 luglio 2009 alle 09:50 | Permalink

    Ciao Giulio,

    condivido la sensazione di "reticenza" che ho sempre quando ascolto queste presentazioni: come scrivevo, alla fine bisogna sempre cercare di leggere tra le righe, e usare informazioni aggiuntive per capire, e non mi sembra affatto una buona strategia.

    Sulla questione del SEU per esempio sono ben informato solo perché ho un amico che lavora nella divisione di Microelettronica, ma ieri Myers ha veramente glissato su questo punto.

    L'altro aspetto fastidioso è come sembri LHC stia cercando di scaricare sugli esperimenti la responsabilità di decidere a quale energia e in quali tempi operare (vedi per esempio la slide 73). Mah.

    Grazie per il link, lo conoscevo ma fa bene averlo anche qui (manco a dirlo, il figlio di Katie - l'autrice del pezzo su Symmetry - va all'asilo con mia figlia!).

  3. GM
    Pubblicato il 3 luglio 2009 alle 11:46 | Permalink

    Vale la pena anche di guardare la slide 51 della presentazione (ieri mostrata, forse per sbaglio, per circa 1 secondo!),

    e su una delle presentazioni contenute nel link sopra citato

    http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=20&resId=5&materialId=slides&confId=53467

    Quest' ultimo "problema" era noto da anni.

  4. Pubblicato il 6 luglio 2009 alle 19:37 | Permalink

    A volte si ha l'impressione che questo esperimento sia troppo grande per poter mai partire seriamente. Ho sentito fisici autorevoli che temono ad esempio un fallimento del grid.

  5. Pubblicato il 6 luglio 2009 alle 22:12 | Permalink

    Bof, la (per me la griglia è femmina, ma de gustibus) grid per adesso funzionicchia, perlomeno per il tipo di calcolo distribuito che ci facciamo noi fisici (che ne restiamo gli utenti principali). È lontana dall'essere perfetta, ma sta in piedi. Se reggerà il volume di calcolo di LHC quando arriveranno per davvero i dati è un altro paio di maniche, ma non è la cosa che oggi mi inquieta di più, in tutta onestà.

  6. Xisy
    Pubblicato il 6 luglio 2009 alle 23:27 | Permalink

    ci sarà sempre da lavorarci e rimetterci le mani, sull'hardware quanto sul computing o sul software. Per la (poca) esperienza che mi ritrovo, posso dire che i miei programmi di analisi diventano perfetti e completamente privi di bugs solo quando non mi servono più.

  7. Pubblicato il 23 luglio 2009 alle 21:57 | Permalink

    neutroni residui di bassa energia hanno la brutitudine di poter far cambiare di stato le memorie digitali, scambiando a caso degli 0 in 1 o viceversa.....eddai un problemino da niente 😀

  8. juhan
    Pubblicato il 24 luglio 2009 alle 08:33 | Permalink

    @ claudio
    brutitudine! lo adotto, grazie 😀

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  • Mi chiamo Marco Delmastro, sono un fisico delle particelle che lavora all'esperimento ATLAS al CERN di Ginevra.

    Su Borborigmi di un fisico renitente divago di vita all'estero lontani dall'Italia, fisica delle particelle e divulgazione scientifica, ricerca fondamentale, tecnologia e comunicazione nel mondo digitale, educazione, militanza quotidiana e altre amenità.

    Ho scritto un libro, Particelle familiari, che prova a raccontare cosa faccio di mestiere, e perché.

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