Per estendere il dominio delle nostre conoscenze gli esperimenti di fisica delle particelle esplorano frontiere della ricerca condotta con gli acceleratori di particelle che vanno dalla fisica delle alte energie, alla fisica di precisione, allo studio dei neutrini. Questi esperimenti spesso richiedono ampie collaborazioni internazionali e apparati di grande dimensione ed estrema complessità dove trovano applicazione le tecnologie più moderne nel campo dei rivelatori, dell’elettronica, dei sistemi di acquisizione dati e di calcolo. Gli esperimenti di fisica delle alte energia sono quelli condotti con acceleratori di particelle, costruiti sempre più potenti per raggiungere un’energia delle collisioni sempre più elevata e consentire la produzione di nuove particelle, come avviene a LHC negli esperimenti del CERN come Atlas e CMS. Il futuro di questa fisica è nell’upgrade HI LUMI di LHC e negli acceleratori di nuova generazione come FCC o il Muon Collider.
La fisica di precisione, invece, prevede esperimenti di alta intensità il cui obiettivo è favorire il verificarsi degli eventi più rari e affinare in modo estremo le misure di precisione di questi eventi. Ne sono un esempio gli esperimenti Belle II, progettato per studiare le proprietà delle particelle, specialmente dei mesoni B, prodotte dalle collisioni di elettroni e positroni all’interno dall’acceleratore SuperKEKB in Giappone, e l’esperimento LHCB al CERN impegnato in misure di precisione di rari fenomeni di decadimento che potrebbero fornire indizi sulla presenza di nuova fisica, oltre il Modello Standard delle particelle elementari. Altri esperimenti che realizzano misure di estrema precisione sono gli esperimenti che studiano i decadimenti rari come quelli che studiano i muoni: MEG, attivo presso il PSI in svizzera, e Muon g-2 al Fermilab di Chicago. Negli Stati Uniti, in South Dakota, è in corso di realizzazione l’esperimento Dune che, grazie ai sui due giganteschi rivelatori studierà il comportamento dei neutrini generati dal complesso di acceleratori al Fermilab, vicino a Chicago, e che arriverà ai rivelatori dopo un percorso di circa 800 miglia.
