Il Run 3 di LHC è alle porte

Non è certo la prima volta che da queste parti si parla di beam splash. Tutte le volte che LHC si prepara a un nuovo run, nelle settimane che precedono la circolazione dei fasci che porterà alle prime collisioni, uno dei fasci viene mandato a collidere contro i collimatori a monte degli esperimenti generando uno getto di particelle secondarie che accendono gli esperimenti, per verificare che tutto funzioni più o meno bene per la futura presa dati. È quello che è successo di nuovo giusto qualche giorno fa dentro ATLAS, come vedete dall'immagine qui sopra. Dopo tre anni di pausa programmata, e in parte prolungata dalla pandemia che ha ritardato anche le operazioni al CERN, l'acceleratore sta facendo i primi passi verso la presa dati di quello che chiamiamo il Run 3 di LHC.

Il Run 3 di LHC non sarà né lunghissimo, né a prima vista particolarmente "speciale". I protoni collideranno a un'energia nel centro di massa di 13.6 TeV, giusto un poco di più dei 13 TeV delle collisioni che abbiamo raccolto durante il Run 3 che ha avuto luogo tra il 2015 e il 2018. La quantità di collisioni prevista per il Run 3 sarà di fatto simile a quella raccolta nel Run 2, permettendo misure con precisioni simili a quelle che abbiamo già fatto, e probabilità di nuove scoperte non particolarmente più grandi: la vera frontiera delle misure di precisione avverrà soltanto con il Run 4, il cosiddetto Run a "alta luminosità" (High-Luminosity LHC, in breve HL-LHC) che comincerà solo dopo un altro Long Shutdown alla fine del Run 3, e durerà veramente molto più a lungo.

La fisica delle particelle agli acceleratori è diventata una maratona. Il tempo in cui un modesto incremento nella quantità di dati rappresentava una ghiotta opportunità per nuove scoperte è passata, non è più una questione di sprint ma di resistenza. E, come tutte le discipline in cui conta la resistenza, anche la fisica delle particelle odierna richiede allenamento e soprattutto pazienza. Il che non vuol dire che il Run 3 di LHC non rappresenti un'opportunità. Quel piccolo incremento nell'energia nel centro di massa, che a prima vista potrebbe sembrare insignificante, comporta in realtà un piccolo ma significativo aumento delle sezioni d'urto di produzione (ovvero, della probabilità di creazione) del bosone di Higgs, tanto nei modi di produzione che già conosciamo (nella tabella qui sotto: "ggF" per "prodotto tramite fusione di gluons" e "ttH" per "prodotto in associazione con una coppia di quark top"), quanto (sopratutto!) nella produzione di coppie di bosoni di Higgs ("HH").

Abbiamo sempre pensato di poter misurare la produzione di coppie di bosoni Higgs soltanto entro la fine del Run 4 di LHC. Resta certamente un processo così raro da necessitare una quantità enorme di dati per poter essere messo in evidenze. Abbiamo però imparato che le nostre previsioni sono spesso pessimiste: prima dell'inizio delle attività di LHC mai avremmo pensato di poter scoprire il bosone di Higgs con un'energia nel centro di massa a soli 7 o 8 TeV e con poco più di 10 femtobarn inversi, e invece le nostre analisi si sono rivelate ben più efficaci di quanto prevedessimo qualche anno prima. Non è impossibile che qualcosa di simile avvenga anche per la scoperta della produzione di coppie di bosoni di Higgs, di cui magari potremmo iniziare a intravedere qualche segno alla fine del Run 3. E la produzione di coppie di bosoni di Higgs è quel processo che ci permetterà di misurare l'ultimo parametro che ancora ci manca per completare il  Modello Standard, ovvero quello che descrive quanto il bosone di Higgs interagisca con se stesso. Che questo debba essere l'obiettivo principale del Run 3 di LHC che iniziare a breve a me sembra chiarissimo. Di come questa ricerca si faccia, del perché sia difficile, e di quanto sia importante magari vi parlerò più diffusamente in una prossima occasione.