Pubblicata Lunedì 04 Luglio 2022 08:47
Dieci anni dalla scoperta del bosone di Higgs: il ruolo dell’Unical nella ricerca e le prossime sfide
Lo spettrometro per muoni dell’esperimento ATLAS all’acceleratore LHC del CERN ha completato il suo primo grande aggiornamento hardware: il progetto New Small Wheel
(Testo di Marco Schioppa, docente di Fisica Sperimentale)
L’esperimento ATLAS studia la struttura intima della materia e le forze fondamentali tra i suoi costituenti. Per far ciò ricostruisce con estrema precisione il processo fisico generato dalla collisione tra le particelle ad interazione nucleare forte (protoni e/o ioni pesanti) accelerate da LHC. L’apparato sperimentale ha la capacità di selezionare in tempo reale solo gli eventi di interesse tra quelli originati in 40 milioni di incroci di fascio al secondo e di “fotografare” lo stato finale da loro prodotto al ritmo di mille fotografie al secondo. Di particolare importanza sono gli eventi che consentono di studiare le proprietà del bosone di Higgs, del quark top, dei bosoni intermedi W+/- e Z0 e di altre particelle, ma anche di eventi rarissimi che rappresenterebbero segnali di nuova fisica (una tra tante: la materia oscura). Tutte le misure, e in particolar modo quelle per nuova fisica, richiedono di raccogliere quanti più eventi possibili e equipe di ricercatori molto motivate e con una eccellente preparazione in fisica teorica, nella fisica dei rivelatori e nella loro gestione. Queste capacità si raggiungono nel corso degli anni e una volta maturate devono essere mantenute ad altissimi livelli preparando i migliori giovani al complesso lavoro che li aspetta. Più precisamente a questi fisici spetterà il compito di sfruttare al massimo le performance della macchina acceleratrice e estrarre dai dati raccolti dai rivelatori di ATLAS tutte le informazioni possibili su ogni tipo di processo fisico prodotto nella collisione delle particelle accelerate da LHC.
LE TAPPE - I fisici di ATLAS hanno iniziato a prepararsi per queste ricerche ancora prima dell’entrata in funzione di LHC, avvenuta nel 2009. Dopo poco più di un anno di funzionamento, il 4 luglio 2012, i fisici di ATLAS, congiuntamente con quelli dell’altro esperimento di LHC, CMS, hanno annunciato al mondo la scoperta del bosone di Higgs. Negli anni a seguire la macchina acceleratrice e i suoi esperimenti hanno tenuto fede all’intenso programma di fisica prefissato. Nel 2015 ATLAS ha dato inizio al piano di aggiornamenti hardware e software per adeguarsi a quello che farà l’acceleratore LHC nel periodo 2026-2028. Quest’ultimo upgrade consentirà di aumentare il numero di interazioni al secondo e con questo la possibilità di esaminare e studiare eventi rarissimi testimonial di processi fisici non ancora osservati (materia oscura?). Il primo grande passo dell’esperimento ATLAS in questa direzione è stato il completamento nel 2021 del progetto NSW. Due ruote di 10 m di diametro composte da rivelatori di forma trapezoidale (16 settori angolari) di due nuove tecnologie: MicroMegaS e sTGC.
Entrambi i rivelatori contribuiranno sia alla ricostruzione della direzione di attraversamento delle particelle che alla selezione di quelle di interesse ad un ritmo molto superiore a quello del precedente rivelatore. Il progetto, la realizzazione ed i test dei rivelatori MicroMegaS (circa 1.5 milioni di canali di lettura) sono stati possibili grazie alla stretta collaborazione di circa 500 persone tra fisici, ingegneri e tecnici, di 13 istituti di ricerca di 5 nazioni diverse.
IL RUOLO DELL’UNICAL - I ricercatori del dipartimento di Fisica dell’UNICAL associati al Gruppo Collegato INFN di Cosenza, hanno avuto un ruolo importante sia nella progettazione che nella realizzazione e test dei rivelatori MicroMegaS. Un impegno durato circa 7 anni che sotto la guida del professor Marco Schioppa ha visto la partecipazione dei ricercatori Ivan Gnesi, Antonio Policicchio, Daniela Salvatore, del supporto tecnico della dott.ssa Paola Turco, nonché degli studenti di dottorato Giovandomenico Carducci e Michela del Gaudio. In ultimo ma non meno importante è stato il contributo degli studenti della triennale e magistrale di fisica: Gregorio Falsetti, Alessandro Alessio, Govar Kurd e gli studenti della scuola superiore Valentini di Castrolibero guidati dalla professoressa Angela Milazzo durante i loro stages in laboratorio nell’ambito del programma “Alternanza Scuola - Lavoro”.
Sulla pagina Facebook di ATLAS e su quella Instagram è possibile seguire gli eventi più rilevanti e recenti della collaborazione ATLAS.
Il filmato mostra alcune fasi del viaggio della prima ruota NSW dall’edificio 191 della West Area del CERN, dove i rivelatori MicroMegaS e sTGC sono stati assemblati insieme, sino al pozzo d’ingresso dell’esperimento ATLAS (circa 1.5km).
L’impegno del gruppo UNICAL nella costruzione di apparati di misura di grandi dimensioni e alte prestazioni in collaborazioni internazionali continua nel solco tracciato del fondatore del Gruppo Collegato INFN di Cosenza, il professor emerito Giancarlo Susinno. È grazie al suo costante impegno e alla sua passione altamente contagiosa per la ricerca scientifica che queste attività sono decollate nell’Unical. Si è speso senza riserve per far stringere accordi di collaborazione scientifica tra l’Unical e i grandi centri di ricerca DESY di Amburgo, LNF di Frascati e CERN di Ginevra. L’attività in ATLAS all’acceleratore LHC del CERN di Ginevra è iniziata alla metà degli anni ’90 con la costruzione dei rivelatori (36000) della prima stazione di tracciamento dello spettrometro per muoni. È proseguita sino ai giorni d’oggi con la costruzione dei rivelatori MicroMegaS e continua con la costruzione dei rivelatori di nuova generazione RPC. Quest’ultima attività vedrà impegnato il gruppo UNICAL di fisica nucleare e subnucleare per i prossimi 4 anni sino alla installazione dei nuovi rivelatori durante lo shutdown di LHC dal 2026 al 2028.
Il 5 luglio 2022, un solo giorno dopo le celebrazioni della scoperta del bosone di Higgs, l’acceleratore LHC darà inizio alla presa dati denominata Run3 battendo un nuovo record mondiale: far collidere i protoni a 6.8TeV. Una nuova stagione della fisica delle particelle elementari sta per iniziare e noi saremo in prima linea insieme a tutti gli altri della collaborazione ATLAS.
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