PROJECT X: L' ACCELERATORE DI PARTICELLE SI RINNOVA

Illustrazione delle nuove costruzioni che andrebbero fatte sul sito del Fermilab, per dare spazio al Project X. Credit: Fermilab/ProjectX

Come ricorderete, l'anno scorso il Fermilab ha visto chiudere il suo leggendario acceleratore di particelle: il Tevatron. Ma questo non significa che gli scienziati sono rimasti con le mani in mano da allora! Si fanno strada sempre più concretamente i piani per la costruzione di nuove strutture per il futuro del laboratorio e più importante ancora, per il futuro della ricerca sulle particelle fondamentali.

 A differenza di un più tradizionale e sobrio nome, come "LHC", questo è battezzato con il ben più entusiasmante e misterioso "Project X". L'idea dietro questo nuovo acceleratore è nata nel 2007 ma da allora ha subito molti cambiamenti e ri-progettazioni. Tuttavia ultimamente sono stati fatti passi più grandi verso l'inizio effettivo dei lavori a questo nuovo strumento per la comunità scientifica. L'idea è quella di creare un complesso che sia in grado di accelerare linearmente dei protoni, spingendoli fino ad energie da 3 a 8 miliardi di electron-volt (GeV), e farli collidere con specifici target, creando così una pioggia di diverse particelle, in particolar modo kaoni e muoni. Sarebbe il più intenso raggio di neutrini ad alta energia mai creato, oltre ad essere in grado di creare intensissimi raggi di nuclei pesanti a bassa energia, utili per moltissimi esperimenti. Gli scienziati non solo del Fermilab ma di tutto il mondo sono entusiasti dalle grandi potenzialità di questo acceleratore, ma un problema grosso è il fatto che il suo costo si aggira intorno a 1.8 miliardi di dollari, ed il budget scientifico degli USA non è esattamente ai massimi storici in questo periodo. Così l'idea del comitato che si occupa della sua progettazione è stata quella di dividere il progetto in tre diverse fasi da costruire con tempi più larghi per ridurre le spese iniziali.
 
L'idea è arrivata dopo che il mese scorso il Dipartimento per l'Energia, degli USA, ha chiesto al Fermilab di cercare di trovare nuovi modi per costruire a fasi anche l'altro grande esperimento per il futuro, il "Long Baseline Neutrino Experiment".

I quark riescono a trasformarsi gli uni negli altri, e così anche i neutrini. Gli scienziati non hanno però mai osservato queste trasformazioni nel caso dei leptoni, elettroni, muoni e tau, tuttavia ritengono che questi processi dovrebbero esistere. Il raggio di protoni del Project X potrebbe sostanzialmente aumentare la portata degli attuali esperimenti per la conversione di muoni in elettroni, producendo e catturando molti più muoni (2 e 3) di qualsiasi altro acceleratore. Grazie a nuove tecniche all'avanguardia per il raffreddamento dei raggi generati (3 e 4), si ridurrebbe molto il range del momento generato nei raggi di muoni, arrivando ad un fattore di 10 in meno rispetto agli attuali esperimenti. Combinando questo fatto con i rilevatori ad altissima precisione che verrebbero costruiti vicino (5), questo flusso di muoni permetterebbe agli scienziati di esplorare il mistero della conversione di leptoni ad alta energia in una maniera molto più approfondita di quanto è mai stato possibile. Credit: Fermilab/ProjectX

"Per quanto ci piacerebbe avere nello stesso momento già pronto l'intero Project X, rispettiamo il fatto che i finanziamenti non sono in grado di supportare questo piano" ha spiegato Bob Tschirhart, scienziato del programma di ricerca.

Non si sa ancora come l'esperimento sarà suddiviso e probabilmente nei prossimi mesi arriveranno proposte più dettagliate circa le varie fasi. Si sa per adesso che l'intero Project X dovrebbe avere esperimenti in grado di supportare dai 1.500 ai 2.000 utenti da tutto il mondo, cioè circa lo stesso numero di persone che lavoravano agli esperimenti del Tevatron.

Schema di come sarà organizzato il Project X una volta completato. Credit: Fermilab/Project X

Le domande a cui i fisici delle particelle cercherebbero di rispondere con questo nuovo acceleratore, sono per alcuni versi simili a quelle che anche altri esperimenti come il LHC si pongono: si cercherò di capire meglio la natura delle varie particelle dietro il Modello Standard, e quindi le leggi alla base della fisica e dell'universo. Si cercherò di trovare altri segni del Bosone di Higgs e delle leggi fisiche dietro il suo comportamento che porta all'acquisizione di massa di alcune particelle. Si metteranno alla prova anche ipotesi circa dimensioni spaziali extra, circa la materia oscura, l'energia oscura, nuove teorie per spiegare la gravità in campo quantistico, la natura dell'antimateria e perché c'è molta più materia nell'universo, l'origine dell'universo e di tutte le varie particelle fondamentali.

Ma se da una parte le domande sono sempre quelle, le strade che seguirà questo esperimento saranno diverse. E un po' come completare un puzzle. Ogni esperimento contribuisce a scoprire pezzi diversi. Se l'LHC può trovare tutti i pezzi sui margini, questo potrebbe trovare quelli centrali.
Gli esperimenti sarebbero complementari tra di loro. Il Project X per esempio si concentrerebbe su raggi ad altissima intensità per scoprire comportamenti nascosti di muoni, kaoni e nuclei atomici. Gli scienziati hanno bisogno di questo sguardo multiplo per riuscire a mettere insieme i vari pezzi e riuscire a vedere l'immagine nel suo insieme.

http://projectx.fnal.gov