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03 | <strong>ILC</strong>: LA MACCHINA PER IL FUTURO ILc: una guida passo per passo Come funziona l’<strong>ILC</strong>? Come qualsiasi macchina complessa, l’acceleratore lungo 31 km è composto da diversi sistemi, ciascuno dei quali è una componente essenziale per lanciare le particelle a velocità vicine a quella della luce. Questa guida dettagliata spiega il funzionamento della macchina. Elettroni Per produrre elettroni dirigeremo impulsi luminosi ad alta intensità, della durata di due nanosecondi, da un laser verso un bersaglio ed estrarremo miliardi di elettroni per ciascun impulso. Gli elettroni verranno raccolti utilizzando campi elettrici e magnetici per creare pacchetti di particelle e lanciarli in un acceleratore lineare lungo 250 metri che aumenta la loro energia fino a 5 GeV. Positroni I positroni, i partner degli elettroni nell’antimateria, non esistono naturalmente sulla Terra. Per produrli, invieremo un fascio di elettroni di alta energia attraverso un ondulatore magnetico, una speciale disposizione di magneti in cui gli elettroni sono inviati su un percorso a ‘montagne russe’. Questo moto turbolento farà sì che gli elettroni emettano un fascio di raggi X. Subito dopo l’ondulatore magnetico gli elettroni ritorneranno nell’acceleratore principale, mentre i fotoni colpiranno un bersaglio in lega di titanio e produrranno coppie di elettroni e positroni. I positroni saranno raccolti e lanciati a loro volta nel loro acceleratore che li porterà a 5 GeV dopo un percorso di 250 metri. elettroni acceleratore lineare principale non in scala I rivelatori Viaggiando l’uno verso l’altro quasi alla velocità della luce, i pacchetti di elettroni e di positroni si scontreranno con un’energia di circa 500 GeV. Registreremo le spettacolari collisioni in due giganteschi rivelatori di particelle che si alterneranno nella raccolta dei dati. Questi rivelatori operano come fotocamere giganti, scattando istantanee delle particelle transeunti prodotte dalle collisioni elettroni-positroni. Per catturare le preziose informazioni su ciascuna particella prodotta in ogni interazione, i due rivelatori incorporeranno tecnologie all’avanguardia, diverse ma complementari. Avere due rivelatori consentirà un vitale controllo incrociato delle eventuali scoperte che potranno manifestarsi come effetti estremamente sfuggenti. Sorgente di positroni
Gli acceleratori lineari Due acceleratori lineari principali (denominati linac), uno per gli elettroni e l’altro per i positroni, ciascuno dei quali lungo 12 km, accelereranno i pacchetti di particelle verso il punto di collisione. Ciascun acceleratore è composto da strutture cave denominate cavità superconduttrici, annidate all’interno di una serie di serbatoi raffreddati noti come criomoduli. I moduli utilizzano elio liquido per raffreddare le cavità fino a –271 °C, temperatura solo leggermente superiore allo zero assoluto, per renderle superconduttrici. Le onde elettromagnetiche riempiono le cavità per ‘spingere’ le particelle, accelerandole ad energie fino a 250 GeV. Ciascun pacchetto di elettroni e positroni conterrà un’energia di circa un kilojoule, che corrisponde ad una potenza media del fascio di circa 10 megawatt. L’intero processo di produzione di elettroni e positroni, attenuazione e accelerazione sarà ripetuto cinque volte al secondo. Sorgente di elettroni anelli attenuatori acceleratore lineare principale Gli anelli attenuatori Una volta creati, né i pacchetti di elettroni né quelli di positroni sono abbastanza compatti da generare l’elevata densità necessaria a produrre copiose collisioni all’interno dei rivelatori. Due anelli attenuatori, della circonferenza di 6,7 km, uno per gli elettroni e uno per i positroni, risolveranno questo problema. In ciascun anello, i pacchetti attraverseranno ripetutamente una serie di ondulatori, dispositivi che fanno sì che le traiettorie dei fasci ‘oscillino’ in modo tale da rendere i pacchetti più compatti. Ciascun pacchetto impiega circa due decimi di secondo ad attraversare il proprio anello attenuatore, circolando in esso circa 10.000 volte prima di essere espulso. I magneti manterranno le particelle sul percorso, focalizzate nelle loro orbite circolari attorno all’anello. All’uscita dagli anelli attenuatori, i pacchetti saranno lunghi pochi millimetri e più sottili di un capello. 31 km Positroni lunghezza = 310 campi di calcio Credito: form one ® I sistemi di trasporto del fascio Per massimizzare la luminosità, i pacchetti di particelle devono essere estremamente piccoli. Una serie di magneti, disposti lungo sistemi di trasporto del fascio lunghi 2 km su ciascun lato del punto di collisione, concentreranno i fasci in pochi nanometri di altezza ed in poche centinaia di nanometri di larghezza. I sistemi di trasporto del fascio elimineranno le particelle che si allontanano dall’orbita principale del fascio e proteggeranno i sensibili magneti e rivelatori. I magneti guideranno gli elettroni e i positroni in scontri frontali. 22 | 23
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