È da un po’ che nessuno parla più di LHC. La mobilitazione di massa per impedire che l’universo venisse risucchiato da un buco nero è oramai un ricordo sfumato nella mente dei più e (sperabilmente) non avrà un revival. Tuttavia negli ultimi mesi le cose non si sono fermate.

Ci eravamo lasciati con LHC fermo per un guasto. Per capire cos’è successo e cosa sta succedendo dobbiamo fare un brevissimo riassunto di come funziona un acceleratore di particelle: in un acceleratore si prende “qualcosa” (dove il qualcosa possono essere elettroni, protoni, ioni o qualunque altra cosa elettricamente carica di facile reperibilità) e la si mette in un campo elettromagnetico. Questo campo ha due scopi: il primo è di “confinare” queste particelle (ovvero evitare che vadano a giro), il secondo è di dargli delle “spinte” in maniera che queste aumentino gradatamente la loro velocità. Una volta che ho abbastanza particelle e che queste hanno l’energia (che è data dalla loro massa e dalla loro velocità) che mi serve prendo due “gruppi” di queste particelle e li faccio sbattere l’uno contro l’altro (in gergo “collidere”) e studio cosa viene fuori. Dato che il risultato di queste collisioni è predicibile con le varie teorie fisiche io posso testare, validare o falsificare queste teorie. Allo stato attuale abbiamo un’idea abbastanza precisa di come funzioni la fisica delle particelle fino a certe scale di energia. Per andare oltre abbiamo bisogno che le nostre “particelle” collidano l’una contro l’altra con energia maggiore.

Man mano che l’energia in gioco aumenta il campo elettromagnetico che serve per contenere il fascio, per accelerarlo e per curvarlo cresce e cresce la quantità di corrente elettrica necessaria a generarlo. A LHC i campi necessari per controllare il fascio sono tali che non sarebbe possibile realizzarli a temperatura ambiente; anche usando i materiali migliori disponibili la corrente necessaria scalderebbe così tanto (per via dell’effetto Joule) da fondere tutto. È quindi necessario sfruttare il fenomeno della superconduttività in modo che la corrente possa scorrere liberamente senza incontrare alcuna resistenza elettrica e, soprattutto, senza scaldare.

Il problema della superconduttività è che si ottiene solo a basse temperature. Per questo i grossi magneti usati per controllare il fascio sono raffreddati con elio liquido alla temperatura di 1,9 Kelvin. Immaginatevi però la situazione seguente: per un qualche motivo il raffreddamento funziona male per un istante, la temperatura dei magneti superconduttivi sale e questi smettono (sempre per un istante) di essere superconduttivi. A questo punto la loro resistenza passa bruscamente da zero ad un valore finito e la corrente che passa al loro interno comincia a produrre una grossa quantità di calore ed il tutto si scalda bruscamente. Anche se il sistema di raffreddamento ricominciasse a funzionare non riuscirebbe più a mantenere la temperatura a 1,9 Kelvin e quindi l’elio liquido inzierebbe ad evaporare. Evaporando l’elio aumenta il suo volume di molte centinaia di volte e questo produce un aumento di pressione all’interno del magnete e questa pressione rischia di far esplodere tutto. Questo fenomeno è noto come “quenching” ed i progettisti di LHC ne hanno tenuto conto. I “gusci” metallici che contengono i magneti sono molto resistenti e sono dotati di valvole di sfogo per l’elio che vaporizza. Insomma, di per sé il quenching non è una tragedia: ci si aspetta che ogni tanto avvenga e ci sono molti strumenti di sicurezza sia per gestirlo che per prevenirlo.

Quello che è successo il 19 di settembre è che, mentre si stava salendo gradatamente in energia, una connessione elettrica (un bus) fra due di questi magneti ha avuto un malfunzionamento ed ha prodotto una scarica elettrica che ha creato un quenching catastrofico nei magneti. L’elio vaporizzato è stato in una quantità tale che le valvole di sicurezza non sono riusciti a smalitrlo e così la connessione fra i due magneti è letteralmente esplosa. L’esplosione si è portata con sé la possibilità di sapere con esattezza a cosa fosse dovuto il guasto ma il report del CERN dichiara che effetti paragonabilio sono stati riprodotti in laboratorio nel caso di gravi difformità rispetto alle procedureed agli standard di fabbricazione (insomma, speculano che si tratti di un grave difetto di fabbrica).

Riaparare una cosa come LHC non è banale. Prima di potersi anche solo avvicinare al luogo dell’esplosione i tecnici hanno dovuto riportareuna sezione lunga 3 Km (gradatamente) a temperatura ambiente per poi smontare il tutto, controllare i danni e sostituire i pezzi danneggiati. Il processo è già a buon punto e dovrebbe essere completato entro la fine dell’anno. Una altro problema è il vuoto. Per funzionare il canale dove passano le particelle deve essere tenuto sotto vuoto spinto e questa esplosione ha sparato detriti nel canale per centinaia di metri. La zona “contaminata” è stata delimitata e si sta procedendo a ripulire il tutto e a ricreare le opportune condizioni di vuoto.

Per prevenire che incidenti del genere possano ricapitare i tecnici di LHC stanno installando un gran numero di valvole di sfogo addizionali. Tuttavia questo potrebbe non bastare. Una volta che viene individuato un fenomeno di quenching il sistema richiede più o meno 100 secondi prima di poter togliere completamente la corrente dai magneti che hanno problemi (queste cose vanno fatte con gradualità per evitare danni maggiori), un tempo decisamente troppo lungo. L’unico modo di evitare che queste cose accadano è individuare un fenomeno di quenching “prima” che accada. Per fare questo si stanno installando una gran quantità (160 Km di cablaggi) di detector che possano dare l’allarme appena una qualche anomalia inizia a presentarsi.

LHC è una macchina complicatissima e, allo stesso tempo, delicatissima. Per questo l’insorgere di problemi non è niente di inatteso. Tuttavia già così come siamo il tutto non potrà essere riacceso prima di febbraio e non si sarà pronti ad andare su in potenza prima di giugno. Un altro evento catastrofico del genere potrebbe portare a ritardi ancora più lunghi e a qualche testa che cade nelle alte sfere del progetto.

per saperne di più:

• la press release del CERN
• il report del CERN sullo stato delle riparazioni
• un articolo su Science

(forse) ne abbiamo parlato qui:

• Aggiornamenti su LHC (3) (0)
• Collisioni (6)