Fisica delle Particelle | Dal dimostratore Twocryst del CERN nuove misure di precisione per superare il Modello Standard
Scienza, cultura e ricerca
È stato osservato per la prima volta al Large Hadron Collider (LHC) dell'Istituto CERN di Ginevra il cosiddetto “doppio incanalamento” di particelle all’interno di cristalli curvati, fenomeno che apre nuove possibilità per studiare con maggiore precisione particelle dalla vita brevissima e per cercare indizi di una nuova Fisica oltre il Modello Standard.
Decisivo il contributo delle ricercatrici e dei ricercatori del Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra dell'Università di Ferrara e della sezione ferrarese dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), che hanno progettato e realizzato i cristalli di silicio alla base dell’esperimento TWOCRYST.
Il principio dell’esperimento
Lo schema dell'esperimento prevede l’uso di due cristalli di silicio curvati e di un bersaglio fisso. Il primo cristallo intercetta l’alone secondario del fascio di protoni e lo deflette verso il bersaglio, dove si producono barioni charm; il secondo cristallo imprime un’ulteriore deflessione controllata alle particelle generate, consentendo di accedere a misure dei loro momenti di dipolo elettrico e magnetico. Nelle prime misure del giugno 2025, a 450 GeV, sono stati registrati segnali netti di particelle deflesse in sequenza dai due cristalli. Ulteriori test a energie dell’ordine dei TeV valuteranno la fattibilità di un esperimento su scala completa e l’ottimizzazione dei tassi di produzione.
Il dimostratore TWOCRYST integra due cristalli curvati, un bersaglio e rivelatori bidimensionali di posizione. L’obiettivo è validare in ambiente Large Hadron Collider la qualità dei cristalli, la stabilità della curvatura e le procedure di allineamento fine, requisiti indispensabili per ottenere deflessioni angolari elevate su distanze millimetriche con perdite minime di intensità.
Il contributo di Unife e INFN-Ferrara
L’Università di Ferrara e la sezione INFN di Ferrara hanno fornito un contributo determinante progettando, realizzando e qualificando i cristalli di silicio curvati impiegati nel dimostratore, nonché sviluppando le procedure di allineamento e controllo. In particolare, per Unife hanno contribuito Andrea Mazzolari, Marco Romagnoni e Vincenzo Guidi; per INFN-Ferrara Laura Bandiera e Alexy Sytov. La qualità cristallina, la curvatura controllata e la robustezza meccanica dei dispositivi sono risultate essenziali per raggiungere le prestazioni richieste: deflessioni intense, riproducibilità della risposta e stabilità operativa durante le fasi di allineamento e presa dati.
Prospettive
Il risultato inaugura un nuovo capitolo nelle applicazioni dei cristalli curvati al LHC, con ricadute sul disegno di esperimenti a bersaglio fisso e di concetti innovativi di controllo del fascio. La metodologia potrà abilitare misure di precisione finora non praticabili su particelle instabili, contribuendo a esplorare regimi sensibili a fenomeni oltre il Modello Standard.