Come l'acceleratore più potente del mondo cercherà la materia oscura

È sempre difficile che a una prima stagione con un finale a sorpresa da panico segua una seconda stagione all'altezza, ma il team del Large Hadron Collider del CERN spera che la seconda stagione di questo macchinario sia ancora più spettacolare della prima.

Il più potente acceleratore di particelle del mondo ha concluso la prima stagione (quella che il CERN chiama "il periodo in cui l'LHC è attivo") nel 2012 con la scoperta del bosone di Higgs—la cosiddetta "particella di Dio"—e non sarà facile eguagliare un risultato simile. Ma dopo aver fatto una revisione dell'LHC, il CERN è pronto a riaccenderlo quest'anno per un altro periodo di tre anni, facendolo funzionare con circa il doppio dell'energia usata nella prima stagione. Sono stati rimpiazzati molti dei magneti ad alto potenziale che fanno funzionare l'acceleratore, sono state rinforzate le 10.000 connessioni elettriche e verranno usati raggi più stretti.

Questi miglioramenti non solo permetteranno ai ricercatori di saperne di più sul bosone di Higgs (e possibilmente su altre particelle simili), ma li aiuteranno anche nella ricerca di risposte a domande più grandi sull'universo, come i misteri che avvolgono la materia oscura.

"Che cos'è la materia oscura che vediamo là fuori nell'universo?" ha chiesto David Charlton, guida scientifica dell'esperimento ATLAS presso l'LHC, durante una conferenza stampa. "Sappiamo che deve essere lì dov'è, ma è possibile crearla e studiarla in laboratorio?"

Il team dice che non è il caso di non cadere preda di facili entusiasmi. Far funzionare il LHC con più energia (l'energia di collisione si aggirerà sui 13 TeV rispetto agli 8 TeV del 2012) apre le porte alla produzione di un nuovo stato di materia mai rilevato (ricordate E=mc2), ma non sanno se questo basti per rilevare qualcosa come una particella di materia oscura.

"Siamo nelle mani della natura," ha spiegato Rolf Heuer, direttore generale del CERN, affermando che le risposte potrebbero arrivare tra un anno come mai. "Ho un sogno. Voglio vedere la prima luce nel buio dell'universo. Se arriverò a vederla, allora la natura sarà stata benevola."

Ma ci sono altre questioni da affrontare, come la scoperta di un nuovo sistema che sostituisca il modello standard della fisica, che si è rivelata una struttura incompleta per capire l'universo. La scoperta di particelle simili al bosone di Higgs potrebbe aiutare i fisici a sviluppare un nuovo sistema, ma si potrebbe anche scoprire che il bosone è solo. Heuer ha proposto la metafora del figlio unico: un bambino senza fratelli si comporta e reagisce in modo diverso rispetto a un altro che sia cresciuto in una famiglia con altri 10 figli, quindi la scoperta di particelle simili al bosone potrebbe fornire molte spiegazioni.

"È arrivato il momento di trovare una crepa nel modello standard perché circa il 95 percento dell'universo ci è sconosciuto. Quindi deve esserci qualcosa d'altro oltre questo modello," ha affermato Heuer.

La prossima stagione si concentrerà su questioni fondamentali come l'origine della materia, la relazione tra materia e antimateria e cercherà prove della Supersimmetria (un'alternativa teorica al modello standard). Inoltre verranno raccolti circa il doppio dei dati rispetto al passato.

Il processo di riaccensione dell'acceleratore è iniziato, ma ci vorranno ancora alcuni mesi prima che tutto sia pronto per spaccare altre particelle. Il team spera di avere le prime collisioni entro la fine di maggio.

"Non è come un telefono o un frigorifero che puoi accendere o spegnere," afferma Frédérick Bordry, direttore degli acceleratori al CERN. "Non possiamo dire quando avverrà esattamente l'accensione, ci stiamo preparando. È un processo lungo."

Il CERN ha proiettato un fascio di particelle nell'LHC settimana corsa per fare il debug dei problemi rimasti—hanno scoperto che uno dei magneti aveva la polarità sbagliata, ad esempio. È uno dei tanti step necessari prima che vengano avviate le collisioni senza rischiare di danneggiare il macchinario.

Ma una volta che le cose partiranno, ci vorranno tre anni di collisioni prima di avere informazioni che potenzialmente risolvano i misteri dell'universo, grazie all'unico macchinario sul pianeta in grado di eseguire questo compito. L'LHC verrà poi spento per un altro anno o due di manutenzione prima di avviare la terza stagione, e continuerà con questo ritmo per i prossimi 20 anni.

Ovviamente ci saranno ancora tante domande a cui rispondere una volta conclusa la prossima fase, ma fortunatamente se ne occuperanno alcuni tra gli esseri umani più intelligenti e determinati nella ricerca di risposte.

"I fisici che si occupano di particelle sperimentali non si arrendono mai," ha detto Heuer. "Non ci fermeremo."