10 settembre 2008, un primo fascio di protoni ha fatto il suo giro di prova all'interno dell'anello sotterraneo lungo 27 km di LHC (Large Hadron Collider): il più potente acceleratore di particelle del mondo, un esperimento destinato a entrare nella storia della scienza è partito.

ScienzaEsperienza ha seguito in diretta, in collegamento dal CERN di Ginevra, tutte le fasi dell'avviamento di LHC con un blog dossier aggiornato in tempo reale.

23 settembre: il CERN annuncia che per un guasto a un collegamento elettrico, LHC sarà fermo fino alla primavera 2009

A cura di Simona Cerrato e Ilenia Picardi

Progressi nelle riparazioni: sostituiti i magneti nel settore che va dal punto 3 al 4

Proseguono le riparazioni della più grande macchina del mondo, il Large Hadron Collider (LHC) inaugurato il 10 settembre scorso sotto gli occhi di tutto il mondo. Dopo il guasto avvenuto a pochi giorni dall’iniezione del primo fascio di protoni, e il periodo di riscaldamento dell’anello che per funzionare deve rimanere a -270  gradi, ecco che la preparazione dei primi magneti del settore che va dal punto 3 al 4 è stata completata. I magneti sono stati calati nell’anello il 28 novembre.

Un centinaio di tecnici sono all’opera per completare le riparazioni. Prima della chiusura per le vacanze di fine anno, tutti i magneti, una cinquantina, che hanno bisogno di riparazioni o revisioni saranno riportati in superficie.
Contemporaneamente si stanno facendo dei test per assicurare che l’incidente non si ripeta: tutta l’enorme macchina è stata quindi sottoposta a revisione e sono stati aggiunti nuovi strumenti.
La data di partenza di LHC verrà annunciata entro l’anno.

LHC inaugura per le autorità. Intanto, lavori in corso

A dispetto delle difficoltà tecniche dell’ultimo mese, oggi, 21 ottobre, al Cern di Ginevra è stato celebrato il completamento della fase di costruzione dell'acceleratore di particelle Large Hadron Collider.

All’inaugurazione ufficiale di LHC, hanno partecipato i rappresentanti scientifici e politici degli stati membri del Cern ma anche di tutte le altre nazioni che hanno partecipato in varie forme alla realizzazione del progetto: in totale quarantadue paesi e quattro continenti. "Il linguaggio scientifico di Lhc è universale e lo dimostrano le molteplici lingue che si sono ascoltate al Cern oggi” ha commentato Roberto Petronzio, presidente dell'INFN, che ha aggiunto “Qui è stato realizzato un modello di cooperazione mondiale guidato da un ideale di conoscenza e calato in un mondo industriale ad altissima tecnologia. Un insieme di competenze scientifiche inestimabili accumulate in anni di studi, competenze di cui l’Italia detiene un ritorno ben superiore al suo contributo annuale e che spero si possa mantenere nel futuro per poterne ricevere le ricadute scientifiche e tecnologiche".

Intanto, a Ginevra si continua a lavorare. Nei giorni scorsi, il Cern ha diffuso una nota informativa sull’incidente che ha rinviato le collisioni dei fasci di protone al prossimo anno. Secondo quanto riportato, l’incidente è stato causato da una connessione elettrica difettosa tra due dei magneti dell’acceleratore che ha causato un danno meccanico e la fuoriuscita di elio nel settore 3-4 di LHC dalla massa fredda dei magneti nel tunnel. Le procedure di sicurezza erano attive e nessuno è stato esposto ad alcun rischio, ha sottolineato il Cern.

L'obiettivo è assicurarsi che LHC ricominci a funzionare nel 2009, quindi mettere a punto tutte le misure di sicurezza per evitare che incidenti simile si verifichino ancora in futuro. Il rapporto sull'incidente, in lingua inglese, è in versione integrale sul sito del Cern.

LHC: se ne riparla nel 2009

Il 23 settembre, il CERN ha annunciato che il grande acceleratore LHC rimarrà fermo per alcuni mesi in seguito a un guasto. Nei giorni precedenti, nel provare i magneti ad alta corrente (10 TeV) uno aveva avuto un cedimento, e di conseguenza si era verificata una fuga di elio liquido tra i settori 3 e 4 dell’anello. La causa è probabilmente un collegamento elettrico difettoso tra due degli oltre novemila magneti che compongono l’acceleratore.

Per comprendere le cause del guasto, il settore, che normalmente si trova a circa -270 gradi, deve essere riscaldato a temperatura ambiente e i magneti devono venire aperti per essere controllati. Un’operazione abbastanza semplice che non richiederà più di qualche settimana.

Durante l’inverno, però, saranno avviate le normali e obbligatorie procedure di manutenzione, quindi LHC sarà pronto per ripartire non prima della primavera 2009. A quel punto i fasci di protoni potranno di nuovo circolare all’interno dell’anello di 27 chilometri. 


Sembra un peccato, soprattutto dopo le straordinarie prestazioni del giorno dell’inaugurazione il 10 settembre scorso, quando i due fasci hanno circolato perfettamente e senza ostacoli, l’uno in senso orario e l’altro in senso antiorario. I fisici erano convinti di poter partire molto presto con i veri esperimenti, le collisioni di fasci di particelle ad altissima energia che dovrebbero dare delle risposte cruciali sull’origine dell’Universo e sulla costituzione della materia.

Tuttavia sono cose che capitano, e questi mesi di riposo forzato verranno utilizzati per perfezionare gli apparati sperimentali che dovranno poi rivelare gli eventi che scaturiranno dalle collisioni tra particelle. LHC è una macchina unica, ad altissima tecnologia, ognuno dei pezzi che la costituiscono è un prototipo e ovviamente non esistono pezzi di ricambio! Gli scienziati e i tecnici del CERN hanno dimostrato di saper lavorare bene e quindi non ci sono dubbi che LHC ritornerà presto a funzionare a pieno regime.

CERN, 10 settembre 2008. Il giorno del primo raggio 

Cronaca di una giornata unica per la scienza

Ore 16: Conclusione di una giornata di successo

Verso le 16, alcuni dei protagonisti della storia di LHC si riunisce nella sala stampa del Globe dove sono riuniti i giornalisti per una conferenza stampa conclusiva di questa giornata che è stata senz’altro un successo oltre ogni previsione.

Non era infatti assolutamente detto che il fascio riuscisse a fare il giro completo... e soprattutto non era detto che riuscisse a farlo senza problemi, al primo tentativo e in un tempo rapidissimo. Inoltre il programma prevedeva far circolare il fascio di protoni solo in senso orario... poi le cose sono andate così bene che è stato deciso di provare anche il senso antiorario: e anche questo ha funzionato. L’unico piccolo problema riscontrato al punto 6 quando il fascio si è bloccato nel giro antiorario è stato risolto in pochi minuti. Anche google ha riconosciuto l’eccezionalità dell’evento e ha preparato un logo adatto: andate a vedere! Christopher Llewellyn Smith, Hewig Schopper, Carlo Rubbia: sono tre dei passati direttori generali del CERN presenti alla conferenza stampa. Manca Luciano Maiani, che è stato uno dei promotori maggiori di LHC. Di fatto LHC è stato costruito durante il suo mandato. Oltre a loro, l’attuale direttore Robert Aymar, il chief scientific officer Jos Engelen, il leader di LCH, Lyn Evans e il suo predecessore Giorgio Brianti.

Tutti riconoscono il successo di questa giornata e rendono merito ai veri autori: le centinaia di ricercatori, ingegneri, scienziati ecc. che con la loro professionalità e la loro dedizione hanno permesso di arrivare a questo risultato. “Molti di loro sono giovani, commenta Smith, e questo mi fa molto piacere: vuol dire che la generazione dei più vecchi è riuscita a passare le competenze alla generazione successiva... un altro successo del CERN.”

La macchina apre possibilità immense per la fisica, e, conclude Rubbia: “Se fossi giovane, di fronte a queste possibilità, non esiterei a rifare la stessa scelta: il fisico!”.

Passo dopo passo, gli eventi di oggi

All'uscita della sala di controllo, incontriamo nuovamente Paolo Giubellino che, sull'onda delle emozioni del successo, ci racconta che cosa è avvenuto oggi e che cosa avverrà (probabilmente) nei prossimi giorni e settimane. ScienzaEsperienza continuerà a seguire il lavoro dei fisici a LHC tappa dopo tappa. Oggi infatti è solo l'inizio: i protoni sono stati fatti circolare a bassa energia e non sono state effettuate collisioni. Man mano, l'energia del fascio verrà aumentata e si cominceranno a produrre collisioni tra due fasci di particelle che viaggiano in verso opposto. Si comincerà, cioè, a fare i veri esperimenti: l'interessante, quindi, deve ancora venire.

A big project..

Al microfono Verana Kain, una degli ingegneri capi di LHC. Straordinario è il fatto che LHC è un progetto di scienza fondamentale: serve per scoprire qualcosa in più sull'Universo...  ma non serivrà né a fare profitto né a ottenere potere né a costuire armi. Ha visto investimenti enormi in termini di denaro, capacità oraganizzative, intellettuali e tecnologiche e una visione straiordinaria del futuro. Come ce l'hanno fatta i fisici?

 

Come sbarcare sulla Luna?

A quale impresa scientifica può essere confrontata LHC? Il progetto Manhattan, il progetto genoma umano o, forse, lo sbarco sulla Luna? Lo chiediamo a Walter Scandale, fisico al CERN dal 1972, che ha partecipato a LHC fin dall’inizio, progettando il primo disegno, in particolare la struttura dei magneti, l’ottica e la stabilità dell’intero sistema, un progetto ha richiesto 10 anni di lavoro.

Commenti ed emozione di una spokewoman

Fabiola Gianotti sarà presto spokeperson di ATLAS, una collaborazione internazionale e uno dei quattro principali esperimenti di LHC; così, da marzo, la fisica italiana coordinerà circa 2.500 scienziati. Le chiediamo qualche commento a caldo della giornata.

 

Una nuova era per la fisica

Sì, lo crede anche Lyn Evans, attuale leader di LHC: gli esperimenti veri e propri potranno cominciare molto presto. È appena terminato con successo il secondo giro del fascio di protoni che hanno percorso l'intero anello di 27 chilometri... la macchina funziona alla perfezione, e la soddisfazione è visibile sulle facce di tutti.

Ed adesso cosa farà Alice?

Paolo Giubellino e vice spokeperson di Alice, uno dei quattro grandi esperimenti collegati a LHC. Ci parla di che cosa fa Alice e che cosa ci si aspetta di vedere. Siamo proprio nella sala di controllo di Alice, 100 metri sotto di noi scorre il tunnel all'interno del quale verranno fatti collidere fasci di ioni di piombo ad altissima energia.

Anche google accelera...

L'applauso finale

Al completamento del secondo giro in senso antiorario, Robert Aymar, l’attuale direttore generale del CERN, fa i complimenti a tutti.

Ore 13:50. Ecco che parte sul serio

Nell’anello, i protoni sono sempre pronti a partire, accalcati addosso al blocco che li tiene serrati... Nella sala di controllo, dove ora ci troviamo, anche le persone ora si accalcano attorno alla zona principale di controllo delle operazioni: un semicerchio sulla destra appena entrati. Una serie di decine di monitor attraggono l’attenzione dei tecnici nel semicircolo e delle persone intorno. In alto, ben visibili, sei grandi monitor riportano lo stato dell’esperimento, compreso il grafico con la traccia di dove si trova il fascio momento per momento. Alle 13:50 parte. La prima tappa va tutto bene: dal punto 8 il fascio raggiunge subito il punto 7 senza intoppi. Il secondo fascio, però, si ferma inaspettatamente al punto 6: non si sa perché. Si rimane qualche minuto con il fiato sospeso.

Poi il problema viene risolto e il fascio riparte per la prossima tappa. Si trattava di un “minor problem”, un problema secondario e quindi facilmente risolvibile, secondo il tecnico incaricato di informare il pubblico presente.

Ecco che il fascio raggiunge il punto 5... poi il punto 4, 3, 2 e finalmente l’ultimo fascio iniettato completa il giro e viene prelevato al punto 1. Il tutto in tempi record. Un grande successo per la tecnologia del CERN e per tutto il personale tecnico e scientifico che esulta dalla gioia. è sicuramente un grande momento. Lo conferma anche Lyn Evans che catturo all’uscita del semicircolo: “È un nuovo pezzo di storia della scienza che comincia”, dice più che soddisfatto. Sprizza gioia dagli occhi e da tutti i pori. Questa è la dimostrazione che anche in fisico britannico può emozionarsi!

13:45. Pronti per un nuovo giro

Grande emozione ed entusiasmo nei laboratori del CERN, dove i ricercatori stanno per dare il via al secondo giro di particelle: un secondo fascio di protoni sta per essere iniettato nell'acceleratore questa volta in senso antiorario, ovvero in senso opposto a quello del fascio di stamattina. Dalla sala di controllo del CERN, Simona Cerrato  ci racconta quali sono i timori e le attese per questa nuova corsa. Per ascoltare l'intervista premi play qui sotto; per scaricare il file mp3 invece clicca qui.

13:00 Si ricomincia in senso antiorario

Naturalmente non è semplice comandare una macchina come LHC: è composta da migliaia e migliaia di pezzi e ognuno deve rispettare condizioni particolari di temperatura e collimazione precisissime. Non basta quindi un clic per dire al fascio “adesso gira in senso opposto!”. Ci vuola un po’ di lavoro e un po’ di tempo. Verso le 13:30 Lyn Evans, il grande capo, in maniche (corte) di camicia e scarpe da ginnastica e un accento dell’Inghilterra del nord, annuncia che sono quasi pronti per fare partire il fascio in senso antiorario.

Durante la messa a punto per questo secondo round, dopo aver concluso con successo il primo giro, i tecnici si sono accorti di un problema di criogenia: da qualche parte faceva troppo caldo e si rischiava di perdere la superconduttività necessaria. Troppo caldo... per modo di dire ovviamente. Tutto il sistema è posto a circa -270 gradi e basta qualche grado in più che la macchina perde le sue capacità di far girare i protoni così bene.

Il problema è stato risolto rapidamente e ora si è finalmente pronti a partire: questa volta si inietteranno i protoni dal punto 8 (cioè l’ultimo) e questi gireranno in senso antiorario fino a essere estratti al punto 1.

Anche in questo caso, si inietteranno in successione diversi fasci di protoni che si fermeranno, il primo, al punto 7, il secondo al punto 6, il terzo al punto 5 e così via fino a che l’ultimo fascio farà il giro completo dal punto 8 al punto 1. Esattamente come per il primo fascio questa mattina, ma in verso opposto.

Il punto di vista di un giovane fisico

A Mirko Pojer, un giovane fisico italiano dell'hardware commissioning, chiediamo come sta vivendo questo giorno cruciale... Con gli occhi puntati sui monitor che controllano le varie parti del grande strumento, ci racconta le ultime fasi per arrivare pronti a questo test.

10:25. Completato il primo giro

Dopo poco meno di un’ora dall’innesco, il fascio completa il suo primo giro con successo. Molto meglio delle più rosee prospettive, e si vede dai sorrisi e dai gesti di felicità delle persone nella sala di controllo, a cominciare naturalmente da Evans. Gli applausi non mancano. Il giro è stato compiuto a circa 20 chilometri all’ora: non che i protoni siano andati veramente così lentamente, ma il fascio è stato fermato in molti punti. È stato un viaggio a tappe.  Ora sono pronti per il secondo giro, questa volta senza stop: tutto in una volta... e sarà ancora più emozionante. Ma anche molto molto molto più breve.

Ore 9:30. Via!

Il primo fascio di protoni è stato iniettato nell'acceleratore di particelle.

Ore 9:15. Mancano pochi minuti

Mancano pochi minuti all’inizio del primo giro... Nella sala di controllo sono quasi tutti uomini, così come nela sala del briefing dove hanno deciso il programma della giornata. Una giornata davvero speciale. Peccato perché le donne di LHC sono tante e hanno un ruolo fondamentale. Si vede Verena Klein, austriaca, una degl inegneri capo, che si consulta con Evans. “I protoni sono ora bloccati al punto due, spiega Lyn Evans, ma in pochi minuti il fascio verrà liberato.”

Sembra quasi di vederli scalpitare, questi protoni, tutti pronti per la loro pazza corsa attraverso l’anello di 27 chilometri. Per loro 27 chilometri sono niente: quando la macchina sarà a regime e l’energia massima di 7 TeV per fascio sarà stata raggiunta, i protoni faranno 11.245 giri al secondo! Oggi no, le cose verranno fatte passo dopo passo. Dopo che verranno liberati al punto 2, i protoni arriveranno al punto 3 e poi al punto 4, dove non ci sono rivelatori ma una televisione li riprenderà. Poi il fascio verrà fermato al punto 5, poco prima dell’esperimento CMS, uno dei 4 grandi esperimenti collegati a LHC.

Al punto 6 verrà estratto e fermato, per poi farlo continuare fino al punto 7 dove verrà nuovamente collimato. Prima della stazione dell’esperimento ATLAS avrà bisogno di nuovo di un po’ di tempo... “Poi a seconda di come è andato questo giro, possiamo decidere come procedere,” conclude Evans. “Non so come andrà oggi...” ma lo dice sorridendo. Eventualmente il fascio potrà essere fatto circolare anche in senso inverso, cioè antiorario.

Dal camion dell’eurovisione, Paola Catapano spiega: “Questo primo giro prudente, step by step, è necessario per testare ancora tutto l’anello e tutti i componenti. Non si vuole provocare dei danni: ogni componente è un pezzo unico, è un prototipo e non ci sono pezzi di ricambio...” Intanto si avvicinano le 9:30, l’ora stabilita per la partenza.

ore 8:00. Pronti per la partenza..

Nel sala del Globe, una semicupola rossa che spicca sul verde della campagna franco-svizzera in cui si trova il CERN, sta per cominciare il First Beam Day, il giorno del primo raggio.

Sul grande schermo collegato con le varie postazioni dove i tecnici e gli scienziati stanno per avviare la più grande machina del mondo si vedono quantità di monitor colorati e molta gente con facce rilassate... qualcuno chiacchiera, altri lavorano, telefonano... sorridono. La notte degli ultimi test è andata bene.

Nel camion dove c’è la postazione della diretta video le due giornaliste si preparano a una diretta in eurovisione di 10 ore... avranno il tempo di fare pipì? si chiedono prima di cominciare.

Alle 8:45 comincia il briefing con il benvenuto di B. Pellequer... Spiega quello che è successo nella notte e quello che sperabilmente succederà oggi... che nessuno può prevedere con precisione, nemmeno Lyn Evans il capo progetto di LHC, al quale ha lavorato addirittura dalla metà degli anni ottanta...