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:

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.