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Iniezione 25 febbraio 2010

Inviato da Marco in : ATLAS, CERN, Fisica, LHC 8 commenti

No, dico, chissà, magari vi state chiedendo perché da settimane latito su queste pagine, non scrivo un piffero e trascuro persino i commenti. Nel caso siate inquieti per la mia sorte, potrebbe giovare sappiate che da queste parti siamo in attesa dell’iniezione del primo fascio di LHC per il periodo di run 2010-1011 a alta energia.

“Siamo in attesa” significa che il fascio potrebbe arrivare domani (a meno che non ci sia qualche altro piccolo quench controllato qui e là a guastare la festa), con i primi splash event immediatamente dopo. Le prime collisioni di routine a 900 GeV sono previste intorno all’8 Marzo, poi un mesetto di messa a punto e – salvo problemi – collisioni a 7 TeV a inizio Aprile.

Perdonerete, è un periodo un tantino convulso.

1 femtobarn inverso a 7 TeV, e niente rischi 5 febbraio 2010

Inviato da Marco in : CERN, Fisica, LHC 22 commenti

Dopo un mesetto di pausa passato a digerire i dati a 900 GeV e 2.36 TeV presi tra Novembre e Dicembre 2009, le operazioni di LHC tornano a essere d’attualità. La settimana scorsa c’è stato l’annuale meeting di Chamonix, quello un cui i macchinisti di LHC si ritrovano per fare il punto e decidere come operare nell’anno che viene. Quest’anno l’incontro era particolarmente importante: dopo i successi del run a bassa energia della fine del 2009, qui eravamo tutti in attesa di sapere a quale energia nel centro di massa avremo accesso nel 2010 (solo 7 TeV, o anche 10 TeV?) e quanti dati potremo raccogliere. Come sempre, le presentazioni del workshop sono disponibili a tutti sul web, e proprio oggi pomeriggio è in corso una serie di presentazioni riassuntive che i curiosi possono andare a guardarsi.

Il dilemma principale dei macchinisti è stato il seguente: possiamo portare la macchina (ovvero, alzare opportunamente le correnti dei magneti superconduttori) in condizioni di gestire fasci a 5+5 TeV senza rischiare una altro incidente? Come forse ricordate, le connessioni tra i magneti di LHC mostrano in troppi casi una resistività troppo alta per sopportare correnti elevate senza incorrere in fastidiosi archi voltaici. Le risposte del workshop possono riassumersi così:

A questo punto, bisognava scegliere tra due scenari:

Non c’è stato molto gioco. Da ogni parte (i macchinisti, il management del CERN, gli esperimenti) ci si è detti d’accordo per il secondo scenario. La decisione presa è di operare LHC a 7 TeV fino a quando non si riesca a raccogliere 1 femtobarn inverso di dati, e in caso questo risultato si raggiunga prima della fine del 2010 (improbabile), fino alle fine del 2010. Poi ci si fermerà quanto serve per portare la macchina a operare a 14 TeV, mentre gli esperimenti passeranno il loro tempo a digerire i dati presi e (speriamo) produrre risultati.

È una buona scelta? Viste le condizioni, sicuramente si. Permette di non prendere rischi inutili, e di mettere noi fisici in condizione di masticare qualche risultato concreto. In fondo, a essere sinceri, ce lo aspettavamo, no? La cosa interessante da discutere adesso sarebbe: che cosa si può fare con 1 fb-1 di dati a 7 TeV? Cosa si può scoprire? Cosa si può escludere? Ne parliamo alla prima occasione.

LHC: 1.18 TeV + 1.18 TeV = 2.36 TeV! 9 dicembre 2009

Inviato da Marco in : ATLAS, Fisica, LHC 18 commenti

Vediamo se riesco a scrivere senza eccitarmi troppo. Ieri sera intorno alle 21:30 LHC ha prodotto le sue prime collisioni a 2.36 TeV, ovvero con entrambi i fasci a 1.18 TeV. E ATLAS ha diligentemente registrato il suo primo evento ad alta energia (alta nel senso di più alta di 900 GeV, non di alta tanto quanto vorremmo):

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Riassunto breve per i distratti. LHC è il collisionatore (e non soltanto l’acceleratore) con la più alta energia nel centro di massa del mondo. ATLAS è un gran bel rivelatore che funziona benone. Cominciamo ad avere un po’ di dati reali da masticare, cosa che fa bene al morale e al cervello. Natale si avvicina.

Il futuro? Oggi siamo ritornati a 900 GeV, cosa buona e giusta secondo il sottoscritto: mi sembra sensato mettere su nastro una milionata di eventi minimum bias a 900 GeV prima di tentare di girare a 2.36 TeV un po’ più a lungo. Siccome tutta la baracca si ferma comunque il 17 dicembre (i macchinisti hanno bisogno di tempo per preparare le collisioni a 7 TeV) e non si riparte prima del 14 febbraio (ATLAS sarebbe pronto pure un paio di settimane prima, ma pare che CMS abbia un problemino di acqua alta da risolvere, e noblesse oblige), penso sia prudente avere una quantità sufficiente di dati per tenersi occupati in gennaio.

Alte energie! (Ovvero, un nuovo record per LHC) 30 novembre 2009

Inviato da Marco in : Fisica, LHC 14 commenti

Alle 00:42 di stamattina i due fasci di LHC sono stati accelerati contemporaneamente alla ragguardevole energia di 1.18 TeV, facendo di LHC l’acceleratore di particelle con la più energia del mondo (essendo il record precedente di Tevatron, con i sui due fasci a 0.98 TeV). Uh-uuh!

Tre e mezzo più tre e mezzo fanno sette 10 agosto 2009

Inviato da Marco in : Fisica, LHC 26 commenti

Non siamo ancora a fine Agosto, ma la decisione è stata finalmente presa. L’energia dei fasci di LHC per il run 2009-2010 sarà di 3.5 TeV ciascuno, per un totale di 7 TeV di energia nel centro di massa. Dice il Direttore Generale del CERN nel suo messaggio di giovedì scorso:

We’ve selected 3.5 TeV because it allows the  LHC operators to gain experience of running the machine safely  while opening up a new discovery region for the experiments.

Se la memoria non mi inganna, 7 TeV sono meno di 10, e persino meno di 8! Il che significa fondamentalmente tre cose: uno, che nonostante non sia stato trovato nessun (altro) valore anomalo tra le resistenze dei giunti di connessione in rame tra i magneti, il management del CERN ha scelto la strada della prudenza, perlomeno per la presa dati iniziale.

Due, che fino a un mesetto fa ci hanno probabilmente menato un po’ per il naso con una serie di detti-e-non-detti; per carità, onestamente nessuna persona con un po’ di senno (e capace di leggere i grafici) avrebbe creduto ai 10 TeV: andatevi a rileggervi quello che scrivevo un mesetto fa, e poi ditemi se non era già tutto li.

Tre, che i macchinisti non hanno idea di quanto e cosa ci vorrà per salire a 10 TeV:

The LHC will run at 3.5 TeV per beam until a significant data sample  has been collected and the operations team has gained experience in running  the machine. Thereafter, with the benefit of that experience, we’ll take the energy up towards 5 TeV per beam.

e aspettano di vedere come si comporta la macchina in un regime “sicuro” prima di prendere una decisione. Il che è saggio e prudente, ma anche un po’ fastidioso: potrebbe voler dire che forse avremo i 10 TeV già nel 2010, ma oggi nessuno lo può dire di sicuro.

Non parliamo nemmeno dei 14 TeV nominali: viste le proiezioni del numero di quench di “allenamento” necessari per preparare i magneti a quelle energie (il numero sembra divergere all’infinito!), per quell’energia sarà obiettivamente necessario un upgrade generale della macchina. Ne riparliamo dunque tra qualche anno, senza illusioni.

Quanti dati prenderemo a 7 TeV? Noi fisici ne vorremmo ben pochi, e ovviamente desidereremmo  poter passare presto a 10 TeV, ma temo ci sia da contarci poco. Nei corridoi si sente un po’ di tutto, e temo che solo l’esperienza potrà dire se e quando saremo in grado di passare a 10 TeV. Il sentimento trasversalmente più diffuso è più o meno questo: “Mettiamoci il cuore in pace e prepariamoci a fare della fisica a 7 TeV, per un po’ potremmo non vedere altro. Sono meglio di niente, no?”. Si, certo, sono meglio di niente. Ma personalmente non ci farei esattamente una festa, e non andrei in giro a vantarmi. Quanto alla competitività rispetto a Tevatron – che qualcuno ancora si diletta a sbandierare – mi limiterei a stare zitto, e ne riparlerei tra un anno. Forse.

Lo stato di LHC, e un paio di ipotesi 3 luglio 2009

Inviato da Marco in : Fisica, LHC 8 commenti

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.

Il lungo inverno di LHC 10 febbraio 2009

Inviato da Marco in : Fisica, LHC 15 commenti

Magari qualcuno se lo ricorda: a inizio dicembre avevo sospeso i comunicati riguardo allo stato di LHC in attesa dell’annuale “meeting di Chamonix”, incontro in cui gli uomini della macchina e i colonnelli degli esperimenti si sarebbero trovati a discutere i dettagli della situazione dell’acceleratore, e a fare il piano per il futuro. Bene, il fantomatico meeting ha finalmente avuto luogo, proprio la settimana scorsa; e – altrettanto finalmente – abbiamo il nuovo programma ufficiale per le operazioni di LHC nei prossimi mesi.

Andiamo con ordine. Tutti gli amanti dei dettagli, gli smanettoni desiderosi di sapere come stanno andando le riparazioni, i pignoli che ancora non sono soddisfatti delle spiegazioni dell’incidente di Settembre, e quelli che invece vorrebbero sapere se e come stiamo prevenendo nuovi disastri, troveranno pane per i loro denti nelle dettagliate presentazioni del workshop. Prima che me lo chiediate: si, tutto quello che trovate su quella pagina è pubblico. Il nuovo Direttore Generale del CERN sta optando per una politica di trasparenza piuttosto spinta che gli fa onore.

Per quelli a cui invece basta una sintesi, ecco in due parole il riassunto della dibattito e la decisione finale. La discussione era di fatto polarizzata attorno a due possibili opzioni: da una parte, LHC ancora fermo per tutto il 2009 per consentire di riscaldarne a temperatura ambiente tutti i settori, e installare dappertutto la totalità delle valvole di sfogo dell’elio; dall’altra, l’opzione in cui la totalità delle valvole verrebbe installata nei 4 settori che sono già “caldi” o il cui riscaldamento è previsto, e in cui sui settori freddi verrebbero installare solo le valvole che possono essere messe nei punti di accesso preesistenti (insomma, senza trapanare i magneti dei settori freddi). Questa seconda opzione permetterebbe di riaccendere la macchina nel 2009, e soprattutto agli esperimenti di iniziare a raccogliere dati.

lhc_preferred_scenario

La decisione finale è andata per l’opzione della riaccensione nel 2009, con un grosso sospiro di sollievo da parte degli esperimenti (e del sottoscritto), che non ne possono più di stare con le mani in mano. Da punto di vista della sicurezza le operazioni di consolidamento previste sembrano sufficienti; citando dai messaggi del Direttore Generale di oggi e di venerdì scorso:

The enhanced protection system measures the electrical resistance in the cable joints (splices) and is much more sensitive than the system existing on 19 September. The new pressure relief system has been designed in two phases.  The first phase involves installation of relief valves on existing vacuum ports in the whole ring. Calculations have shown that in an incident similar to that of 19 September, the collateral damage (to the interconnects and super-insulation) would be minor with this first phase. The second phase involves adding additional relief valves on all the dipole magnets and would guarantee minor collateral damage (to the interconnects and super-insulation) in all worst cases over the life of the LHC.

[Il nuovo sistema di protezione misura la resistenza elettrica nei cavi di connessione (tra i magneti), ed è molto più sensibile del sistema in funzione il 19 Settembre scorso. Il nuovo sistema di sfogo della pressione è stato disegnato per essere messo in opera in due fasi. La prima consiste nell'istallazione di valvole di sfogo nelle punti di connessione liberi già esistenti sui magneti dell'intero anello. I calcoli mostrano che nel caso di un incidente simile a quello dello scorso 19 Settembre, il danno collaterale (alle interconnessioni e al super isolamento [dei magneti]) sarebbe comunque trascurabile con questa prima fase. La seconda fase consiste nell’installare ulteriori valvole di sfogo su tutti i dipoli, e garantirebbe un danno collaterale trascurabile in tutti i possibili casi di incidente per tutta la vita di LHC.]

LHC sarebbe dunque in grado di (ri)iniziare a operare nell’autunno del 2009, ed è previsto che – diversamente dalle abitudini – la macchina non venga fermata per il consueto shutdown invernale, ma continui a funzionare fino all’autunno 2010. La ragione chiave per questa decisione è che gli esperimenti non avrebbero nessun interesse in un run breve (magari pure a bassa energia), che non consentirebbe altro che la calibrazione dei rivelatori, ma nessun studio di fisica concreto. Con questo lungo run tra il 2009 e il 2009, invece…

(…) there is a strong recommendation to run the LHC through the winter and on to autumn 2010 until we have substantial quantities of data for the experiments. With this change to the schedule, our goal for the LHC’s first running period is an integrated luminosity of more than 200 pb-1 operating at 5 TeV per beam, sufficient for the first new physics measurements to be made.

[(...) c'è una forte raccomandazione affinché LHC operi nel corso di tutto l'inverno e fino all'autunno del 2010, fino a quando non si abbia un sostanziale quantitativo di dati per gli esperimenti. Con questo cambiamento di programma, l'obiettivo per il primo periodo di operazioni di LHC è quello di raccogliere una luminosità integrata di più di 200 pb-1 operando a 5 TeV per fascio, [luminosità ed energia] sufficienti per permettere le prime misure di nuova fisica.]

E mi perdonino quelli che non hanno idea di che cosa sia un picobarn inverso (\rm{pb}^{-1}) di luminosità integrata: al volo, si tratta della misura di quante collisioni “buone” LHC sarà in grado di fornire in questo primo periodo di operazioni. Ne riparliamo nel prossimo articolo delle Formulette. L’energia nel centro di massa prevista è invece 10 TeV, che obiettivamente non è male (se veramente la macchina manterrà le promesse). Per i 14 TeV nominali, nella migliore delle ipotesi si dovrà attendere il 2011.

Che dire? Se veramente tra il 2009 e il 2010 si riuscissero a raccogliere 200 \rm{pb}^{-1} di dati buoni (nel senso di usabili per le analisi) a 10 TeV, beh, ci sarebbe parecchia nuova fisica da esplorare. Rassegnatevi, sarebbero comunque troppo pochi per il bosone di Higgs, ma probabilmente più che sufficienti per poter dire qualcosa sull’esistenza di una serie di altre particelle ipotetiche. E la natura potrebbe riservare altre sorprese.

Ovviamente, il punto rimane sempre lo stesso: quanto è realistico il piano di riparazioni e rimessa in moto di LHC che porterebbe a iniziare le operazioni questo autunno? Come sempre, per questo genere di questioni bisogna leggere tra le righe:

In Chamonix there was consensus among all the technical specialists that the new schedule is tight but realistic.

[A Chamonix i vari specialisti si sono trovati d'accordo sul fatto che il nuovo programma è stringente [nei tempi] ma realistico.]

Che significa probabilmente: “Cari fisici, non temete: l’impegno per far ripartire il macchinone è serio, e vi daremo al più presto delle collisioni su cui lavorare. Ma siccome le cose da fare sono tante e complesse, non stupitevi se rispetto a quanto vi dico oggi dovessimo accumulate qualche settimana di ritardo. Solo qualche settimana, state tranquilli”. Vedremo.

Ah, quasi dimenticavo:

A short technical stop has also been foreseen over the Christmas period.

[È stato anche previsto un breve stop tecnico durante il periodo natalizio.]

Nonostante tutto, non salteremo il pranzo di Natale nemmeno quest’anno.