Oggi, l'LHC ha un assaggio di qualcosa di insolito. Per otto ore, il Large Hadron Collider sta accelerando e collidendo nuclei di xeno, permettendo i grandi esperimenti di LHC, ATLANTE, ALICE, CMS e LHCb, registrare per la prima volta le collisioni allo xeno.

Lo xeno è un gas nobile, presente in minuscole quantità nell'atmosfera. I suoi atomi sono costituiti da 54 protoni e da 70 a 80 neutroni, a seconda dell'isotopo. Le collisioni di xeno nell'LHC (di atomi con 54 protoni e 75 neutroni) sono quindi simili alle collisioni di ioni pesanti che vengono regolarmente effettuate a LHC. Normalmente, nuclei di piombo, che hanno una massa molto maggiore, sono utilizzati. "Ma era prevista una corsa con nuclei di xeno per l'esperimento a bersaglio fisso NA61/SHINE presso l'SPS (Super Proton Synchrotron), " spiega Reyes Alemany Fernandez, chi è responsabile delle corse agli ioni pesanti. "Stiamo quindi cogliendo l'opportunità per un breve periodo con lo xeno all'LHC".

"È un'opportunità unica sia per esplorare le capacità dell'LHC con un nuovo tipo di raggio che per ottenere nuovi risultati fisici, "dice John Jowett, il fisico responsabile dei fasci di ioni pesanti all'LHC.

E chi lo sa? Forse questa corsa senza precedenti porterà ad alcune scoperte sorprendenti. "Gli esperimenti condurranno lo stesso tipo di analisi con ioni xeno come fanno con ioni piombo, ma, perché i nuclei di xeno hanno meno massa, la geometria dell'urto è diversa, " spiega Jamie Boyd, coordinatore del programma LHC, che è responsabile del collegamento tra la macchina LHC e le squadre di esperimento. Le collisioni di ioni pesanti consentono ai fisici di studiare il plasma di quark e gluoni, uno stato della materia che si pensa sia esistito per breve tempo subito dopo il Big Bang. In questa zuppa primordiale estremamente densa e calda, quark e gluoni si muovevano liberamente, senza essere confinato dalla forte forza di protoni e neutroni, come sono oggi nel nostro Universo.

Passare dai protoni allo xeno non è un gioco da ragazzi, però. Un team sta preparando il complesso dell'acceleratore per la corsa allo xeno dall'inizio dell'anno. Gli atomi del gas vengono accelerati e privati ​​dei loro 54 elettroni in quattro acceleratori successivi prima di essere lanciati nell'LHC. "Il numero di grappoli e la frequenza di rivoluzione varia molto tra protoni e nuclei di xeno, " spiega Reyes Alemany Fernandez. "Una delle difficoltà è la regolazione e la sincronizzazione dei sistemi a radiofrequenza degli acceleratori".

Dopo che la corsa allo xeno nell'LHC è durata alcune ore, nuclei di xeno continueranno a circolare nel complesso acceleratore, ma solo per quanto riguarda l'SPS. Per otto settimane, l'SPS fornirà ioni xeno all'esperimento NA61/SHINE, che sta anche studiando il plasma di quark-gluoni, ma le cui analisi integreranno quelle effettuate dagli esperimenti di LHC. Più specificamente, NA61/SHINE è interessata al punto di deconfinamento, una soglia di energia di collisione al di sopra della quale sarebbe possibile la creazione di plasma di quark-gluoni. NA61/SHINE sta quindi testando sistematicamente molte energie di collisione utilizzando ioni di massa diversa. Dopo il piombo, berillio e argon, ora è il turno dello xeno per salire sul palco.