TECNOLOGIE PER ACCELERATORI E RIVELATORI

Nel corso degli ultimi decenni sono state sviluppate e affinate, con un contributo fondamentale dell’Italia e dell’INFN, numerose tecnologie all’avanguardia per gli esperimenti di fisica delle particelle, in particolare per l’acceleratore LHC. Queste tecnologie spaziano dai magneti superconduttivi, mantenuti a una temperatura di poco superiore allo zero assoluto, necessari a mantenere le particelle lungo una traiettoria circolare riducendo al minimo le dispersioni di energia, alle cosiddette “cavità risonanti”, indispensabili per accelerare le particelle cariche mantenendole alla loro frequenza caratteristica di risonanza, passando per i collimatori (utili a focalizzare i fasci di particelle e a proteggere l’acceleratore da perdite di energia) e i sistemi di iniezione ed estrazione delle particelle, fondamentali per garantire la precisione e l’efficienza degli esperimenti.
Anche i rivelatori usati negli esperimenti di fisica delle particelle possono contare su raffinate tecnologie, spesso sviluppate ad hoc.

Cavità risonante (RFQ) presso INFN Laboratori Nazionali di Legnaro. Cavità risonante (RFQ) (© INFN, D. Ceccato)
Immagine del CMS Tracker Inner Barrel (© CMS Collection.CERN), M. Brice)

Rivelatori basati su semiconduttori, in particolare sul silicio, sono comuni nei dispositivi di tracciamento: essi convertono l’energia delle particelle in segnali elettrici, fornendo una traccia dettagliata delle loro traiettorie.
Un’altra tecnica piuttosto diffusa è quella dei rivelatori a scintillazione, che emettono luce nell’interagire con particelle cariche o fotoni ad alta energia, fornendo così informazioni sulla presenza e sull’energia delle particelle. Ci sono poi i calorimetri, che convertono l’energia di una particella incidente in un segnale che può essere di varia natura (elettrico, ottico, termico, acustico), mantenendo la proporzionalità tra energia rilasciata e segnale raccolto: in particolare esistono i calorimetri elettromagnetici, per la rivelazione di elettroni e fotoni, e i calorimetri adronici, che puntano a osservare “adroni”, ossia le particelle soggette all’interazione forte. Naturalmente, le moderne tecnologie per i rivelatori richiedono anche un’avanzata elettronica di front-end per amplificare, elaborare e registrare i segnali provenienti dai sensori di rivelazione.