Autori: Fabbri Fabrizio e Giacomelli Giorgio

Il Large Hadron Collider (LHC), è il più grande e potente acceleratore di particelle mai costruito. Si tratta di un collisionatore, cioè di un anello nel quale vengono iniettati e fatti circolare due fasci di protoni in senso opposto che, successivamente, vengono accelerati. LHC è collocato in un tunnel di 27 km di circonferenza, inizialmente scavato per ospitare il Large Electron Positron Collider (LEP), situato a circa 100 m sotto la campagna che circonda Ginevra, a cavallo della frontiera franco-svizzera (Fig. 1). Prima di venire iniettati in LHC, i protoni passano attraverso un complesso sistema di pre-accelerazione formato da una successione di macchine in grado di fornire una energia crescente. Ogni macchina inietta il fascio di protoni in quella successiva fino ad arrivare all'ultimo elemento della catena, LHC, nel quale i protoni possono essere accelerati fino ad una energia massima di 7 TeV. Poichè si tratta di un collisionatore, dove le collisioni avvengono fra particelle provenienti da direzioni opposte, l'energia nel centro di massa è data dalla somma delle energie dei due fasci, e quindi 14 TeV è il valore massimo raggiungibile. In condizioni normali occorrono circa 9 minuti per iniettare tutti i protoni in LHC ed occorrono circa 20 minuti per accelerarli alla massima energia consentita. Oltre ai protoni, il sistema può accelerare anche nuclei di piombo. All'interno del collisionatore, i fasci di particelle vengono mantenuti su orbite leggermente diverse e fatti collidere solo in corrispondenza di quattro punti situati lungo l'anello. E' in corrispondenza di queste zone di collisione che sono stati installati quattro grandi apparati sperimentali: ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb e ALICE (A Large Ion Collider Experiment), come mostrato in Fig.1. A questi 4 esperimenti partecipano gruppi di ricerca dell'Università di Bologna e della Sezione INFN di Bologna. Altri 2 esperimenti a LHC sono Totem e LHCf.

Fig. 2: LHC e i 4 esperimenti localizzati a circa cento metri di profondità in Svizzera e Francia

Il 10 settembre 2008 sono stati fatti circolare i primi fasci di protoni alla energia di iniezione di 450 GeV, senza farli collidere tra loro. Il 19 settembre 2008 si è verificato un serio guasto nella giunzione fra due magneti superconduttori di LHC. In seguito a questo incidente l'acceleratore è tornato operativo solo il 19 novembre 2009. Il 23 novembre 2009 i 4 esperimenti hanno potuto registrare i primi eventi da collisioni protone-protone a un'energia nel centro di massa di 2.36 TeV, un valore mai raggiunto prima. Nel marzo del 2010 LHC ha raggiunto energie nel centro di massa di 7 TeV (3.5 TeV per fascio) e si prevede che raggiunga i 14 TeV nel 2013.

Fig. 3: I picchi sono dovuti ai decadimenti delle risonanze mesoniche e del bosone Z0