Nel silenzio gelido del Fermilab1 sta prendendo forma qualcosa di straordinario. Un mostro tecnologico che sfida le leggi della fisica, spingendo particelle a velocità vicine a quella della luce. È l’ultima frontiera della ricerca sulle particelle elementari, un progetto che promette di riscrivere i libri di fisica e aprire nuove strade nella comprensione dell’universo.
L’acceleratore di particelle nel dettaglio
Il team tecnico del Fermi National Accelerator Laboratory ha realizzato il prototipo di un criostato superconduttore per il progetto PIP-II. Si tratta di un contenitore lungo circa 12 metri che pesa oltre 12.000 kg. Ci saranno quattro di questi contenitori in totale, e avranno il compito di accelerare ioni di idrogeno a una velocità superiore all’80% di quella della luce. Una volta completati, formeranno l’ultima sezione del nuovo acceleratore lineare che alimenterà il complesso di acceleratori del Fermilab.
Il progetto vede la partecipazione di partner internazionali provenienti da India, Italia, Francia, Polonia e Regno Unito. Tre dei moduli finali verranno assemblati presso il Daresbury Laboratory del Regno Unito, mentre il quarto sarà assemblato al Fermilab con componenti forniti dal Raja Rammana Center for Advanced Technology in India. Questa collaborazione internazionale sottolinea l’importanza globale del progetto PIP-II, un potenziamento essenziale del complesso di acceleratori del Fermilab.
Fermilab, la precisione è fondamentale
Più alta è l’energia, più penetrante e discriminante può essere questo strumento, e permettere ai ricercatori di studiare le strutture più minuscole della materia.
Il segreto sta nel freddo estremo
Il cuore di ogni criostato contiene una catena di dispositivi chiamati “cavità”, che assomigliano a lattine sovradimensionate disposte in fila. Sono realizzate in niobio puro, un materiale superconduttore. La caratteristica più interessante è che l’elettricità fluisce attraverso questo materiale senza perdita di energia, ma solo quando il niobio viene mantenuto a temperature ben al di sotto della media dello spazio esterno. Per raggiungere lo stato di superconduzione, le cavità devono essere mantenute a temperature prossime allo zero assoluto.
La soluzione? Il team riempie l’interno del vaso con elio liquido e lo protegge con numerosi strati di isolamento per evitare che le temperature esterne, troppo calde, interferiscano con il processo.
Fermilab, viaggio al centro della Terra
Quando il prototipo funzionerà correttamente, i quattro moduli verranno assemblati per completare l’ultima sezione del nuovo acceleratore lineare del Fermilab. Il percorso delle particelle è affascinante: i criostati superconduttori accelereranno fasci di anioni di idrogeno, atomi composti da un protone e due elettroni, invece della configurazione classica con un protone e un elettrone.
Le applicazioni? Tante e promettenti: dalla distruzione delle cellule tumorali alla comprensione della struttura di proteine e virus, dalla creazione di vaccini e nuovi farmaci all’avanzamento della nostra conoscenza sulle origini dell’universo. I fasci di protoni ad alta potenza forniti dall’acceleratore PIP-II permetteranno anche esperimenti basati sui muoni per cercare nuove particelle e forze con livelli di precisione senza precedenti. Questo programma di fisica diversificato alimenterà nuove scoperte per i decenni a venire.
La pazienza e la complessità sono i tratti distintivi della ricerca scientifica fondamentale, e questo progetto ne è la perfetta dimostrazione. Mentre i test proseguono presso la Cryomodule Test Facility del Fermilab, il mondo scientifico attende con trepidazione i risultati che potrebbero cambiare per sempre la nostra comprensione dell’universo.
- Il Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) è un importante laboratorio di ricerca sulla fisica delle particelle situato a Batavia, Illinois, negli Stati Uniti, a circa 50 km a ovest di Chicago.Fondato nel 1967 e intitolato al fisico italiano Enrico Fermi, il Fermilab è uno dei principali centri al mondo per lo studio delle particelle elementari e delle forze fondamentali dell’universo. Il laboratorio ospita potenti acceleratori di particelle e conduce esperimenti all’avanguardia nel campo della fisica delle alte energie.Il Fermilab è noto per importanti scoperte scientifiche, come l’individuazione dei quark bottom e top, e continua a essere un punto di riferimento internazionale per la ricerca in fisica fondamentale, in particolare nello studio dei neutrini. ↩︎
