Dopo la riaccensione, lo scorso giugno 2015, all'energia record di 13.000 miliardi di elettronvolt (TeV), del superacceleratore Lhc (Large hadron collider), e i primi mesi di raccolta dei dati generati dalle collisioni di protoni, inizia al Cern di Ginevra una nuova fase sperimentale. All'interno della beam pipe di Lhc, la pista magnetica di 27 km di circonferenza a 100 m di profondità al confine tra Francia e Svizzera, sono iniziate oggi le prime collisioni tra ioni piombo a 5 TeV per nucleone, un'energia quasi il doppio di quella usata da Lhc durante la prima fase di attività dell'acceleratore.
Ultimata la fase di collisone protone-protone a 13 TeV, parte così ufficialmente un nuovo ciclo di Lhc con collisioni tra ioni pesanti, ioni di piombo (composti da 82 protoni e 126 neutroni). Per un mese verranno raccolti i dati di queste nuove collisioni da parte dei quattro esperimenti di Lhc - Atlas, Cms, Alice e per la prima volta con gli ioni anche Lhcb -, enormi macchine fotografiche grandi come cattedrali gotiche, in corrispondenza delle quali avvengono le collisioni di ioni piombo che circolano nell'anello in direzioni opposte, quasi alla velocità della luce.
"È tradizione far collidere gli ioni per circa un mese ogni anno come parte del programma di ricerca di Lhc. Quest'anno, però, è speciale - afferma Rolf Heuer, direttore generale del Cern -, perché raggiungiamo una nuova energia ed esploreremo la materia a uno stadio molto precoce del nostro universo".
Le collisioni di ioni permetteranno, infatti, ai fisici del Cern - di cui fanno parte circa 1500 italiani, la metà dei quali coordinati dall'Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) - di studiare uno stato della materia, denominato plasma di quark e gluoni. Si tratta di una zuppa di particelle esistita brevemente pochi milionesimi di secondo dopo il Big Bang.
Particolarmente entusiati della nuova fase di Lhc sono i fisici dell'esperimento Alice (A large ion collider experiment), che è stato specificamente progettato per lo studio di queste collisioni tra nuclei. "I fisici dell'Infn hanno un ruolo chiave nell'avvio di questa fase di run con gli ioni", afferma Paolo Giubellino, spokesperson di Alice, della sezione Infn di Torino. "Sono numerose le questioni molto calde da affrontare con le collisioni di ioni per le quali il nostro esperimento è stato specificatamente disegnato e poi migliorato durante la fase di shutdown. L'intera collaborazione si sta preparando con grande passione per questo nuovo viaggio di scoperta", conclude Giubellino.
"L'energia totale di collisione di ioni piombo è di 1045 TeV e sfonda simbolicamente la barriera di 1000 TeV o 1 PeV (Peta elettronvolt). Si hanno, quindi, 5,02 TeV per ciascuna collisione nucleone-nucleone, la più alta mai raggiunta in laboratorio in collisioni tra nuclei", aggiunge Federico Ronchetti, dei Laboratori nazionali Iinfn di Frascati e responsabile delle operazioni di presa dati di Alice (Run coordinator).
"Le collisioni di nuclei all’energia dell’Lhc ci permetteranno di ricreare, per un tempo infinitesimale, un sistema in condizioni analoghe a quelle presenti nei primi milionesimi di secondo di vita dell’universo, e di studiarne le proprietà in laboratorio", sottolinea Federico Antinori, Physics coordinator di Alice, della sezione Infn di Padova. "Stiamo raccogliendo dati di ottima qualità, a un’energia di collisione mai ottenuta prima. Questo campione di dati sarà fondamentale per due ragioni. Prima di tutto, permetterà di effettuare test cruciali a una nuova energia per le predizioni dei modelli teorici sviluppati per descrivere le misure fatte a energia più bassa. In secondo luogo, ci attendiamo campioni statistici molto più estesi di quelli raccolti finora, che permetteranno misure a precisioni finora mai raggiunte", conclude Antinori.
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