Il lungo inverno di LHC

Magari qualcuno se lo ricorda: a inizio dicembre avevo sospeso i comunicati riguardo allo stato di LHC in attesa dell'annuale "meeting di Chamonix", incontro in cui gli uomini della macchina e i colonnelli degli esperimenti si sarebbero trovati a discutere i dettagli della situazione dell'acceleratore, e a fare il piano per il futuro. Bene, il fantomatico meeting ha finalmente avuto luogo, proprio la settimana scorsa; e - altrettanto finalmente - abbiamo il nuovo programma ufficiale per le operazioni di LHC nei prossimi mesi.

Andiamo con ordine. Tutti gli amanti dei dettagli, gli smanettoni desiderosi di sapere come stanno andando le riparazioni, i pignoli che ancora non sono soddisfatti delle spiegazioni dell'incidente di Settembre, e quelli che invece vorrebbero sapere se e come stiamo prevenendo nuovi disastri, troveranno pane per i loro denti nelle dettagliate presentazioni del workshop. Prima che me lo chiediate: si, tutto quello che trovate su quella pagina è pubblico. Il nuovo Direttore Generale del CERN sta optando per una politica di trasparenza piuttosto spinta che gli fa onore.

Per quelli a cui invece basta una sintesi, ecco in due parole il riassunto della dibattito e la decisione finale. La discussione era di fatto polarizzata attorno a due possibili opzioni: da una parte, LHC ancora fermo per tutto il 2009 per consentire di riscaldarne a temperatura ambiente tutti i settori, e installare dappertutto la totalità delle valvole di sfogo dell'elio; dall'altra, l'opzione in cui la totalità delle valvole verrebbe installata nei 4 settori che sono già "caldi" o il cui riscaldamento è previsto, e in cui sui settori freddi verrebbero installare solo le valvole che possono essere messe nei punti di accesso preesistenti (insomma, senza trapanare i magneti dei settori freddi). Questa seconda opzione permetterebbe di riaccendere la macchina nel 2009, e soprattutto agli esperimenti di iniziare a raccogliere dati.

La decisione finale è andata per l'opzione della riaccensione nel 2009, con un grosso sospiro di sollievo da parte degli esperimenti (e del sottoscritto), che non ne possono più di stare con le mani in mano. Da punto di vista della sicurezza le operazioni di consolidamento previste sembrano sufficienti; citando dai messaggi del Direttore Generale di oggi e di venerdì scorso:

The enhanced protection system measures the electrical resistance in the cable joints (splices) and is much more sensitive than the system existing on 19 September. The new pressure relief system has been designed in two phases.  The first phase involves installation of relief valves on existing vacuum ports in the whole ring. Calculations have shown that in an incident similar to that of 19 September, the collateral damage (to the interconnects and super-insulation) would be minor with this first phase. The second phase involves adding additional relief valves on all the dipole magnets and would guarantee minor collateral damage (to the interconnects and super-insulation) in all worst cases over the life of the LHC.

[Il nuovo sistema di protezione misura la resistenza elettrica nei cavi di connessione (tra i magneti), ed è molto più sensibile del sistema in funzione il 19 Settembre scorso. Il nuovo sistema di sfogo della pressione è stato disegnato per essere messo in opera in due fasi. La prima consiste nell'istallazione di valvole di sfogo nelle punti di connessione liberi già esistenti sui magneti dell'intero anello. I calcoli mostrano che nel caso di un incidente simile a quello dello scorso 19 Settembre, il danno collaterale (alle interconnessioni e al super isolamento [dei magneti]) sarebbe comunque trascurabile con questa prima fase. La seconda fase consiste nell'installare ulteriori valvole di sfogo su tutti i dipoli, e garantirebbe un danno collaterale trascurabile in tutti i possibili casi di incidente per tutta la vita di LHC.]

LHC sarebbe dunque in grado di (ri)iniziare a operare nell'autunno del 2009, ed è previsto che - diversamente dalle abitudini - la macchina non venga fermata per il consueto shutdown invernale, ma continui a funzionare fino all'autunno 2010. La ragione chiave per questa decisione è che gli esperimenti non avrebbero nessun interesse in un run breve (magari pure a bassa energia), che non consentirebbe altro che la calibrazione dei rivelatori, ma nessun studio di fisica concreto. Con questo lungo run tra il 2009 e il 2009, invece...

(...) there is a strong recommendation to run the LHC through the winter and on to autumn 2010 until we have substantial quantities of data for the experiments. With this change to the schedule, our goal for the LHC's first running period is an integrated luminosity of more than 200 pb-1 operating at 5 TeV per beam, sufficient for the first new physics measurements to be made.

[(...) c'è una forte raccomandazione affinché LHC operi nel corso di tutto l'inverno e fino all'autunno del 2010, fino a quando non si abbia un sostanziale quantitativo di dati per gli esperimenti. Con questo cambiamento di programma, l'obiettivo per il primo periodo di operazioni di LHC è quello di raccogliere una luminosità integrata di più di 200 pb-1 operando a 5 TeV per fascio, [luminosità ed energia] sufficienti per permettere le prime misure di nuova fisica.]

E mi perdonino quelli che non hanno idea di che cosa sia un picobarn inverso (\(\rm{pb}^{-1}\)) di luminosità integrata: al volo, si tratta della misura di quante collisioni "buone" LHC sarà in grado di fornire in questo primo periodo di operazioni. Ne riparliamo nel prossimo articolo delle Formulette. L'energia nel centro di massa prevista è invece 10 TeV, che obiettivamente non è male (se veramente la macchina manterrà le promesse). Per i 14 TeV nominali, nella migliore delle ipotesi si dovrà attendere il 2011.

Che dire? Se veramente tra il 2009 e il 2010 si riuscissero a raccogliere 200 \(\rm{pb}^{-1}\) di dati buoni (nel senso di usabili per le analisi) a 10 TeV, beh, ci sarebbe parecchia nuova fisica da esplorare. Rassegnatevi, sarebbero comunque troppo pochi per il bosone di Higgs, ma probabilmente più che sufficienti per poter dire qualcosa sull'esistenza di una serie di altre particelle ipotetiche. E la natura potrebbe riservare altre sorprese.

Ovviamente, il punto rimane sempre lo stesso: quanto è realistico il piano di riparazioni e rimessa in moto di LHC che porterebbe a iniziare le operazioni questo autunno? Come sempre, per questo genere di questioni bisogna leggere tra le righe:

In Chamonix there was consensus among all the technical specialists that the new schedule is tight but realistic.

[A Chamonix i vari specialisti si sono trovati d'accordo sul fatto che il nuovo programma è stringente [nei tempi] ma realistico.]

Che significa probabilmente: "Cari fisici, non temete: l'impegno per far ripartire il macchinone è serio, e vi daremo al più presto delle collisioni su cui lavorare. Ma siccome le cose da fare sono tante e complesse, non stupitevi se rispetto a quanto vi dico oggi dovessimo accumulate qualche settimana di ritardo. Solo qualche settimana, state tranquilli". Vedremo.

Ah, quasi dimenticavo:

A short technical stop has also been foreseen over the Christmas period.

[È stato anche previsto un breve stop tecnico durante il periodo natalizio.]

Nonostante tutto, non salteremo il pranzo di Natale nemmeno quest'anno.