Un approccio diverso avrebbe potuto salvare il Superconducting Super Collider? – Mondo della fisica

Trenta anni fa, questo mese, il Congresso degli Stati Uniti votò per chiudere il Superconducting Super Collider (SSC) dopo che circa 2 miliardi di dollari erano stati spesi per la sua progettazione e costruzione. A quel tempo, quasi un terzo del suo tunnel di 87 km era già stato completato, ma gli oppositori del Congresso insistevano che la SSC fosse “puntata” in modo che non potesse poi risorgere dalla morte come Lazzaro. I pozzi verticali dal tunnel alla superficie (vedi foto) sono stati riempiti il ​​più possibile con i materiali di trivellazione, quindi è stato consentito il riempimento con l'acqua sotterranea.

Ora, 30 anni dopo, la comunità mondiale dei fisici delle alte energie spera di costruire un collisore paragonabile, finalmente in grado di ottenere collisioni protone-protone a energie ben superiori a 15 TeV. Esistono progetti dettagliati per tali collisori al CERN e in Cina ma la volontà politica e l’accordo internazionale necessari per procedere sono sempre più rari in un mondo frammentato e deglobalizzante.

Se abbiamo imparato una lezione dal fallimento della SSC e dal successo della Grande collisore di adroni (LHC), è che un’ampia collaborazione internazionale è obbligatoria alla scala di molti TeV delle energie di collisione di protoni. Questi enormi e costosi progetti adottarono approcci molto diversi. Nel caso SSC, i fisici statunitensi hanno cercato di prendere il testimone della leadership nella speranza che altre nazioni seguissero, costruendo il supercollider in un nuovo sito “greenfield” in Texas.

Il progetto LHC è stato invece uno sforzo genuinamente internazionale, guidato da fisici europei e costruito al CERN, un laboratorio di fisica delle alte energie di fama mondiale, che ha attirato contributi da Canada, India, Giappone, Russia e Stati Uniti. Ma questo processo si è verificato nel periodo successivo alla Guerra Fredda, quando molte nazioni del blocco orientale stavano cercando di democratizzarsi e di unirsi a un’economia mondiale in via di globalizzazione.

La tartaruga e la lepre

L'approccio conservativo in due fasi del CERN alla costruzione del Grande elettrone positrone (LEP) il collisore e successivamente l'LHC si sono rivelati cruciali. La ricerca fisica sul LEP è iniziata nel 1989, mentre i compiti più difficili di progettazione e fabbricazione dei potenti e sofisticati magneti superconduttori dell'LHC procedevano in parallelo. Di conseguenza, il CERN è stato in grado di impiegare gli avanzati progetti di magneti superconduttori “due in uno” che erano stati scartati dall’esame dell’SSC in quanto (allora) tecnologia troppo immatura e rischiosa.

Col senno di poi, un simile approccio in due fasi sarebbe stato molto più utile ai costruttori di SSC rispetto alla strada intrapresa, ovvero scavare contemporaneamente un enorme tunnel e sviluppare magneti per riempirlo. Ci sarebbero state molte ricerche di fisica che avrebbero potuto essere fatte su un collisore elettrone-positrone nello stesso tunnel.

In effetti, potrebbero anche esserci esperimenti su un simile collisore scoperto il bosone di Higgs prima della fine del secolo e fece anni di ricerche successive sul suo comportamento mentre gli allora onerosi problemi dei magneti superconduttori venivano affrontati e risolti.

Quando la SSC fu progettata negli anni ’1980, tuttavia, pochi teorici pensavano che si sarebbe verificata con una massa di soli 125 GeV. La maggior parte pensava che dovesse apparire entro 1 TeV. Da qui l’urgente necessità di far collidere fasci di protoni con energie di 10–20 TeV, per essere certi di scoprire la particella – o qualunque fenomeno fosse responsabile delle masse delle particelle elementari.

Fu solo dopo la metà degli anni Novanta della scoperta del quark top nel Tevatron del Fermilab, con una massa di 1990 GeV, che i teorici iniziarono a riconoscere che un bosone di Higgs così leggero era effettivamente possibile, se non probabile. Secondo l'ex direttore generale del CERN Chris Llewellyn Smith, che diresse il laboratorio dal 1994 al 1998, pensavano addirittura che la sua massa potesse essere vicina a 100 GeV e potesse essere scoperta al LEP.

Quindi è un peccato che il tunnel SSC sia stato potenziato dopo il 1993. Costruire una fabbrica di Higgs lì oggi sarebbe relativamente semplice, richiederebbe solo il completamento del tunnel, l’installazione di magneti a temperatura ambiente e la costruzione di almeno un paio di rilevatori di particelle di grandi dimensioni. Darebbe alla comunità dei fisici delle alte energie un percorso praticabile ed economico per realizzare una struttura del genere, che non affronti le sfide geopolitiche e di finanziamento come fanno oggi gli altri due progetti circolari..

E con il senno di poi, un approccio più conservativo e multifase per raggiungere la scala TeV – come è stato perseguito al CERN – probabilmente sarebbe riuscito a scoprire il bosone di Higgs al Fermilab. Infatti, quando il CERN si preparava ad annunciare la sua scoperta nel luglio 2012, Il Fermilab è intervenuto con un risultato di tre sigma nel canale di decadimento del mesone B, utilizzando dati vecchi di anni provenienti da quello che era un collisore protone-antiprotone da soli 2 TeV.

La grande cancellazione ad alta energia

Quando un illustre gruppo di scienziati guidati dal fisico dell'Università di Stanford Stanley Wojcicki stava valutando il futuro della fisica delle alte energie negli Stati Uniti nel 1983, il Fermilab propose di costruire un 4-5 TeV Collider dedicato interamente entro i confini del laboratorio. In retrospettiva, ciò sarebbe stato sufficiente per scoprire il bosone di Higgs, soprattutto se alla fine si fossero potuti installare magneti superconduttori ancora più potenti.

Questo approccio avrebbe mantenuto la gestione del progetto nelle mani di un team esperto di fisici dell’acceleratore, invece di cedere il controllo agli ingegneri del complesso militare-industriale statunitense, come è accaduto all’SSC.

La storia dell'LHC e dell'SSC è un classico esempio della famosa favola di Esopo, La tartaruga e la lepre. Anche questa gara vinse la tartaruga. Ma se i fisici delle particelle statunitensi avessero perseguito approcci più conservativi ed economicamente vantaggiosi per raggiungere la scala energetica del TeV – piuttosto che cercare di “scavalcare” i loro colleghi europei con un progetto texano multimiliardario e catastrofico per ristabilire la leadership statunitense nel campo – la storia della fisica delle alte energie potrebbe essere stata molto diversa.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/could-a-different-approach-have-saved-the-superconducting-super-collider/