{"id":772,"date":"2016-01-26T16:39:15","date_gmt":"2016-01-26T16:39:15","guid":{"rendered":"http:\/\/webusers.fis.uniroma3.it\/atlas\/?p=772"},"modified":"2020-11-20T10:20:44","modified_gmt":"2020-11-20T09:20:44","slug":"il-collider-lhc-large-hadron-collider","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/il-collider-lhc-large-hadron-collider\/","title":{"rendered":"Il Collider LHC – Large Hadron Collider"},"content":{"rendered":"
\n

Written by Francesco Lacava<\/strong><\/p>\n<\/header>\n

\n

 <\/p>\n

\n

Il collisore di protoni LHC (Large Hadron Collider), \u00e8 la pi\u00f9 grande e potente macchina acceleratrice<\/a> costruita dall’uomo. E’ situato in un tunnel circolare, lungo 27 Km, a circa 100 m sotto il confine tra la Svizzera e la Francia nei pressi di Ginevra, dove negli anni ottanta e novanta si trovava il LEP<\/a> (il grande collisore elettrone-positrone del CERN). In LHC due fasci di protoni, circolanti in direzione opposta, sono accelerati fino ad un’energia che arriver\u00e0 nei prossimi anni fino a 7 TeV per ciascun protone, e saranno fatti incrociare in quattro punti di interazione (vedi figura) intorno ai quali sono stati montati quattro grandi apparati sperimentali: ATLAS e CMS, due esperimenti ideati per lo studio completo delle collisioni p-p, LHCb, l’esperimento dedicato allo studio delle particelle con quark b prodotte nelle interazioni p-p, l’esperimento ALICE per lo studio delle collisioni ione-ione quando in LHC sono accelerati due fasci di ioni.<\/p>\n

\n<\/div>\n

\"il_collider_lhc_0\"<\/a><\/p>\n

Figura 1:<\/span> il complesso delle macchine acceleratrici del CERN. Tra queste LHC e le macchine che le forniscono i protoni e gli ioni da accelerare<\/p>\n

\n<\/div>\n

Due fasci di protoni con un’energia di 450 GeV saranno immessi in LHC dal sistema di acceleratori usati in passato al CERN (PS, SPS, etc.) e sono poi accelerati fino a 7 TeV. Per mantenere sulle traiettorie circolari prestabilite fasci di protoni di questa energia sono usati circa 9600 magneti di vario tipo e con diversa funzione. Tra questi ci sono 1238 grandi magnetici dipolari superconduttori, lunghi ognuno 15 m, con un campo magnetico di 8 Tesla. In LHC i protoni sono raggruppati in 2808 pacchetti, lunghi qualche centimetro e con un diametro di circa 20 \u03bcm, cio\u00e8 le dimensioni di un capello, ognuno contenente 100 miliardi di protoni. Nei quattro punti di collisione, gli incroci tra i pacchetti di protoni avvengono ogni 25 ns e in ogni incrocio si avranno in media 40 collisioni protone-protone sovrapposte con circa 100 particelle prodotte in ciascuna collisione.<\/p>\n

\n

LHC dall’inizio al 2013<\/strong><\/span><\/h3>\n

I primi fasci di protoni soso stati fatti circolare nelle due direzioni in LHC il 10 Settembre 2008 all\u2019energia di 450 GeV. Pochi giorni dopo, il 19 Settembre 2008 nel tunnel di LHC a causa di una connessione difettosa si \u00e8 verificato un corto circuito con un arco voltaico che ha danneggiato il contenitore criogenico. La rapida fuoriuscita di circa 2 tonnellate di elio liquido, con un\u2019espansione esplosiva, seguita da un\u2019ulterione perdita di 4 tonnellate di elio, ha danneggiato una sezione dell’acceleratore con 53 grandi magneti superconduttori.<\/p>\n

Nonostante l\u2019incidente il 21 Ottobre del 2008 LHC \u00e8 stato ufficialmente inagurato. Per quasi tutto il 2009 sono poi proseguiti i lavori di riparazione di LHC con la sostituzione o riparazione dei 53 grandi magneti superconduttori. L\u2019acceleratore ha ripreso a funzionare alla fine di Novembre. Inizialmente si sono avute collisioni all\u2019energia di iniezione dei fasci con 450 GeV\/beam e infine il 30 Novembre i due fasci di protoni sono stati accelerati fino a 1.18 TeV osservando poi le collisioni a questa nuova energia, la pi\u00f9 alta raggiunta in una macchina acceleratrice dopo le collisioni a 0.98 TeV\/fascio realizzate in precedenza al Fermilab (Chicago).<\/p>\n

All\u2019inizio del 2010 sono riprese le attivit\u00e0 della macchina con un progressivo aumento di energia dei fasci. Le prime collisioni a 7 TeV nel c.m. ci sono state a fine Marzo 2010 e la presa dati \u00e8 continuata alla stessa energia fino all\u2019inizio di Novembre. Dopodich\u00e9 per il resto dell\u2019anno c\u2019\u00e8 stato un run di collisioni tra ioni Pb-Pb con un\u2019energia di 1.38 TeV per nucleone in ciascun fascio.<\/p>\n

\n

\"il_collider_lhc_1\"<\/a><\/p>\n

Figura 2<\/span>: L’interno del tunnel di LHC con in primo piano i grandi dipoli magnetici all’interno dei contenitori criogenici<\/p>\n

\n

La presa dati a 7 TeV nel c.m. \u00e8 ricominciata nel Marzo 2011 continuando fino a fine Ottobre con una luminosit\u00e0 crescente (4.67×1032<\/sup> cm-2<\/sup>s-1<\/sup> ad Aprile) raccogliendo una luminosit\u00e0 integrata di circa 5 fb-1<\/sup>. I dati raccolti hanno permesso di osservare nella regione di massa intorno a 124-125 GeV un primo eccesso di eventi, confrontabile con le fluttuazioni del fondo ma anche compatibile col segnale aspettato per la particella di Higgs. A fine 2011 c\u2019\u00e8 stato un secondo run con collisioni tra ioni Pb-Pb.<\/p>\n

A Marzo 2012 LHC ha ripreso a funzionare come collider protone-protone a 4+4 TeV con una luminosit\u00e0 di 3.9×1033<\/sup> cm-2<\/sup>s-1<\/sup> e 1380 pacchetti (bunches) di protoni per beam. La luminosit\u00e0 integrata totale (15 fb-1<\/sup> a 8 TeV nel 2012 e 5 fb-1<\/sup> a 7 TeV nel 2011) ha permesso di annunciare il 4 Luglio l\u2019osservazione di un chiaro segnale del bosone di Higgs con una massa di circa 125 GeV. La presa dati \u00e8 continuata fino al Novembre 2012 raggiungendo una luminosit\u00e0 istantanea di 7.5 x 1033<\/sup> cm-2<\/sup>s-1<\/sup> e una luminosit\u00e0 integrata a 8 TeV pari a 21 fb-1<\/sup>. Successivamente per il resto dell\u2019anno LHC ha funzionato ancora come collider ione-ione.<\/p>\n

\n

\"il_collider_lhc_2\"<\/a><\/p>\n

Figura 3: Luminosit\u00e0 integrata in funzione del tempo durante il 2011 a 7 TeV\u00a0 nel centro di massa, e nel 2012 a 8 TeV.
\nIn verde la luminosit\u00e0 fornita da LHC, in giallo la luminosit\u00e0 con ATLAS in presa dati.<\/p>\n

\n

Con la fine del 2012 \u00e8 terminato il primo periodo di funzionamento (RUN 1) di LHC\u00a0 ed \u00e8 iniziato il primo lungo periodo di interruzione LS1 (Long Shutdown 1) durante il quale saranno apportate varie modifiche all\u2019acceleratore e agli esperimenti. LHC riprender\u00e0 a funzionare nell\u2019Aprile del 2015 per iniziare il suo secondo periodo di attivit\u00e0 (RUN 2) quando ciascun fascio sar\u00e0 accelerato fino a 7 TeV raggiungendo una nuova frontiera di energia e la luminosit\u00e0 istantanea dovrebbe raggiungere 1.5 x 1034<\/sup> cm-2<\/sup>s-1 <\/sup>con un intervallo di 25 ns tra due incroci\u00a0 dei fasci (beam crossing) nei punti di interazione e con un pile-up di circa 40 eventi. Il RUN 2 terminer\u00e0 a fine 2017. Nel successivo periodo di interruzione del funzionamento LS2 (Long Shutdown 2) si avr\u00e0 la Fase 1 degli upgrade degli esperimenti e dell’acceeratore. Il LS2 terminer\u00e0 all’inizio del 2018, quando inizier\u00e0 il terzo periodo di funzionamento (RUN 3) e la presa dati che proseguir\u00e0 fino al 2021. Nel RUN 3 la luminosit\u00e0 dovrebbe aumentare a 1.7 – 2.2 x 1034<\/sup> cm-2<\/sup>s-1 <\/sup>con un pile-up di circa 60 eventi per beam-crossing. Il RUN 3, terminer\u00e0 a fine 2021 quando inizier\u00e0 il LS3 di due anni durante il quale la macchina e gli esperimenti saranno modificati per essere in grado di funzionare a partire dal 2023 nella fase successiva HL-LHC (High Luminosity LHC) con una luminosit\u00e0 alta pari a 5-10 volte quella nominale iniziale di 1034<\/sup> cm-2<\/sup>s-1<\/sup> .<\/p>\n

Per maggiori informazioni sul collisore LHC si vedano gli articoli e i siti divulgativi suggeriti nelle pagine del nostro sito ed in particolare l’opuscoloCERN faq – LHC the guide<\/em><\/strong>, opuscolo (presto anche in italiano) scaricabile da rete:<\/p>\n

http:\/\/cds.cern.ch\/record\/1165534\/files\/CERN-Brochure-2009-003-Eng.pdf<\/a> (inglese)<\/p>\n

http:\/\/cds.cern.ch\/record\/1164451\/files\/CERN-Brochure-2009-003-Fre.pdf <\/a>(francese)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Written by Francesco Lacava   Il collisore di protoni LHC (Large Hadron Collider), \u00e8 la pi\u00f9 grande e potente macchina acceleratrice costruita dall’uomo. E’ situato in un tunnel circolare, lungo 27 Km, a circa 100 m sotto il confine tra la Svizzera e la Francia nei pressi di Ginevra, dove negli anni ottanta e novanta […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":775,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[5,6],"tags":[],"ppma_author":[45],"class_list":["post-772","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-education","category-rivelatore-atlas"],"authors":[{"term_id":45,"user_id":0,"is_guest":1,"slug":"cap-atla-italia","display_name":"Atla Italia","avatar_url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/?s=96&d=mm&r=g","0":null,"1":"","2":"","3":"","4":"","5":"","6":"","7":"","8":""}],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/772","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=772"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/772\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1352,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/772\/revisions\/1352"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/media\/775"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=772"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=772"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=772"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/web.infn.it\/atlas\/wp-json\/wp\/v2\/ppma_author?post=772"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}