Quello che si è appena concluso è stato un mese di aprile alla grande per il superacceleratore LHC del Cern di Ginevra; e ciò è di buon auspicio per un anno che si preannuncia importante, forse decisivo, per la caccia al non più sconosciuto “bosone di Higgs” e per l’apertura di nuove frontiere nella fisica delle particelle.
All’inizio del mese il programma di fisica del 2012 di LHC aveva ripreso a correre e lo aveva fatto registrando un record: quello della massima energia nelle collisioni, avvenute a 8 Teraelettronvolt (TeV) grazie allo scontro frontale tra fasci di protoni ciascuno a 4 TeV; nessuna macchina finora aveva operato con quelle energie. Dopo i primi scontri con pochi pacchetti di particelle (bunch), il numero di bunch è aumentato progressivamente fino a raggiungere le condizioni alle quali LHC lavorava alla fine del 2011. Il numero dei protoni presenti in ognuno dei pacchetti che costituiscono i fasci ha raggiunto la capienza massima di 1380 e la luminosità, cioè la quantità di collisioni nel tempo, è ormai all’80 per cento di quella raggiunta l’anno scorso.
In base a quanto era stato annunciato in febbraio dal Cern Machine Advisory Committee (CMAC), lo spazio tra i bunch rimarrà quello dei 50 nanosecondi del 2011, mentre si punta a triplicare un altro parametro, il cosiddetto inverse femtobarn (un indicatore del numero di collisioni fra particelle) che nelle collisioni protone-protone dei due esperimenti più grandi ATLAS e CMS arriverà a quota 15. Inoltre, in questi due esperimenti i fasci sono stati “strizzati” del 30 per cento (da un diametro di 30 a uno di 20 milionesimi di metro).
I fisici e gli ingegneri sono particolarmente soddisfatti di queste performance, anche perché sono state raggiunte in tempi rapidi: in sole due settimane di operazioni con fasci stabili, LHC ha raggiunto la massima densità prevista per tutto il 2012. A metà aprile ha anche raggiunto il picco massimo di luminosità, doppiando il risultato del 2011: 3.9 × 1033 collisioni per centimetro quadro per secondo (cioè circa 4 milioni di miliardi di miliardi di miliardi).
Intanto, mentre nei 27 chilometri dei tunnel di LHC si raggiungevano questi traguardi, i fisici riuscivano a trarre dai dati raccolti lo scorso anno risultati altrettanto lusinghieri. Questa volta è stata la collaborazione CMS ad annunciare le novità. CMS (Compact Muon Solenoid) lo ricordiamo, è un rivelatore di particelle che ha come scopo principale quello di dimostrare l’osservazione sperimentale del bosone di Higgs e di altre nuove particelle; è il più grande solenoide superconduttore al mondo ed è stato costruito per misurare con grande precisione muoni, fotoni e elettroni.
Ebbene, l’esperimento CMS ha osservato per la prima volta una particella prevista dal Modello standard (cioè il quadro teorico che descrive la fisica delle particelle) ma mai vista prima. Si tratta del barione “Xi beauty eccitato”: un nome che è tutto un programma per una particella che ha una massa di circa 6 GeV, quindi più o meno la massa del protone. I barioni (il cui nome significa particelle pesanti) sono particelle composte da tre quark e fanno parte della più grande famiglia degli adroni (la H di LHC sta appunto per Hadron, a indicare i tipi di particelle che si scontrano nell’acceleratore).
L’osservazione è stata fatta dai ricercatori di CMS su una serie di dati di collisioni realizzate nel corso del 2011, quando LHC lanciava uno contro l’altro fasci di protoni ancora a 3,5 TeV di energia ciascuno. Il Modello standard prevede che questo barione esista come uno dei modi in cui si accoppiano i quark. In questo caso, la nuova particella è composta da un quark beauty associato con un quark strange e o un quark up o un quark down.
Osservazioni di particelle di questa tipologia erano già state fatte dagli altri due esperimenti ATLAS e LHCb: ma qui si tratta di una novità derivante, come ha detto Guido Tonelli, spokesperson emerito di CMS commentando il risultato, da “una bella misura”.
Per i prossimi mesi per tutti i gruppi che lavorano a LHC l’attesa è destinata a salire di intensità, sperando in qualche altro goal ancor più eclatante. Prima che la macchina venga fermata, probabilmente a partire dal 2013, per essere preparata a una successiva stagione di ricerca con i fasci a 7 TeV di energia, cioè al valore massimo di 14 TeV nel punto di collisione.
