È un primato mondiale il risultato ottenuto dalla collaborazione internazionale Ua9 al Cern. Grazie all’uso di innovativi cristalli piegati, realizzati in parte in Italia dall’Infn e in parte in Russia, al Petersburg Nuclear Physics Institute (Pnpi), i ricercatori dell'esperimento Ua9 sono riusciti a “canalizzare” un fascio di particelle a 6,5 TeV, l’energia a cui sono accelerati i protoni del Large Hadron Collider (Lhc). Scopo della ricerca, svolta in collaborazione con il gruppo collimazione ddi Lhc e il gruppo En-Sti, è lo sviluppo di un’efficiente tecnologia di “pulitura” dei fasci, attraverso la collimazione con cristalli, che possa essere applicata a Lhc nel prossimo futuro.
“La collimazione”, spiega Gianluca Cavoto, ricercatore della sezione Infn di Roma e coordinatore nazionale del progetto, “consiste nell’eliminazione delle particelle non allineate che circondano il fascio, il cosiddetto 'alone del fascio' , potenzialmente dannose per l’acceleratore. Nonostante l’esistenza di ottimi sistemi di protezione della macchina”, precisa Cavoto, ”la presenza dell’alone potrebbe non consentire di aumentare oltre un certo limite il numero di particelle per fascio e quindi le collisioni prodotte ogni secondo”.
La realizzazione del cristallo piegato, la cui curvatura consente di canalizzare le particelle verso un elemento assorbente, è frutto in particolare di uno sforzo congiunto tra l’Infn e il Laboratorio Sensori e Semiconduttori dell’Università di Ferrara, dedicato allo sviluppo di avanzate tecniche di lavorazione dei cristalli. Oltre a contribuire direttamente allo sviluppo della tecnologia, l’Infn finanzia un team di circa 10 persone che sono parte della collaborazione Ua9, grazie a un grant assegnato nel 2014 dall’European Research Council nell’ambito del progetto Crysbeam. Tale progetto è coordinato dallo stesso Gianluca Cavoto e dedicato a ulteriori sviluppi di cristalli piegati per nuove applicazioni in fisica delle particelle. Lo sviluppo di tecnologie utili a migliorare le prestazione di Lhc e, in particolare, la densità di particelle collidenti dei fascio – una quantità che i fisici chiamano "luminosità" – è di grande interesse nell’ambito del progetto High Luminosity Lhc (Hilumi), in corso di sviluppo al Cern con l’obiettivo di aumentare il potenziale di scoperta degli esperimenti in funzione presso l’acceleratore (vd. anche Una buona spinta, ndr). In questo contesto, il livello tecnologico raggiunto nella tecnica di collimazione con l’uso dei cristalli piegati, confermato dal recente risultato di Ua9, promette di avere un forte impatto sull’attività di Lhc nel prossimo futuro.
La collaborazione internazionale Ua9 include oltre a Cern e Infn, il laboratorio Lal (La-boratoire de l'Accélérateur Linéaire)-Orsay di Parigi, l’Imperial College di Londra, i laboratori russi Pnpi, Ihep (Institute for High Energy Physics) di Protvino e Jinr (Joint Institute for Nuclear Research) di Dubna.
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