Author: Silvia Deambrosis ; Type of thesis: Magistralis Degree Thesis
Abstract: Il prossimo Linear Collider, pensato per funzionare con migliaia di cavità risonanti sarà la più grande macchina acceleratrice di particelle mai concepita. Producendo collisioni tra elettroni e positroni ad energia del TeV, costituirà uno strumento fino a pochi anni fa inimmaginabile nell’ambito dello studio di questioni di grande rilievo come la natura fondamentale di materia, energia, spazio e tempo. Ma l’unica reale possibilità che un tale ciclopico disegno di macchina acceleratrice venga finanziato, gestito e reso operativo è che la gestione scientifico-finanziaria del progetto sia internazionale.
Le tecnologie finora proposte per il collider lineare al TeV sono due: la prima – il Global Linear Collider (GLC) in ASIA ed il Next Linear Collider (NLC) negli USA – che prevederebbe strutture acceleranti normal-conduttive in rame; la seconda – TESLA in Europa o negli Stati Uniti – che invece prevede l’utilizzo di cavità risonanti superconduttrici di niobio massivo.
Sul problema si dibatte da almeno un lustro, ma è di questa estate la sensazionale notizia che la somma autorità nella comunità delle alte energie, l’ICFA ovvero l’International Commette for Future Accelerators, ha deciso quale tecnica utilizzare per l’effettiva realizzazione del nuovo collider. Le parole del Chairman della Commissione, riunitasi a Pechino ad Agosto 2004 furono: “Both the ‘warm’ X-band technology and the ‘cold’ superconducting technology would work for a linear collider. At this stage it would be however too costly and time consuming to develop both technologies toward construction. On the basis of our assessment, we recommend that the linear collider design will be based on the superconducting technology.”
E’ una decisione per certi versi inaspettata, ma assolutamente cruciale per l’orientamento della politica scientifica di vari laboratori nazionali a livello mondiale. Si parla di riconversione per chi sviluppava “cavità calde” e di potenziamento per chi invece già lavorava “con il freddo”. La Panel recommendation recita ancora: “The decision was a difficult but necessary one. It opens the way for the world particle physicscommunity to unite behind one technology and concentrate our combined resources on the design of a superconducting-technology linear collider.” La superconduttività giocherà un ruolo da leone nella politica dei futuri acceleratori di particelle, passando da tecnologia utilizzata per costruire al massimo 250 cavità a tecnologia utile per la costruzione di circa 20,000 cavità. E a tal punto, inevitabilmente il mondo scientifico rivolgerà l’attenzione allo sviluppo di nuove tecnologie di fabbricazione delle cavità o al problema della riduzione dei costi.
Negli ultimi dodici anni, il laboratorio di Superconduttività dei Laboratori Nazionali di Legnaro dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, presso cui si è svolto questo lavoro di tesi, è stato attivamente coinvolto nello studio del problema della riduzione dei costi delle tecniche di fabbricazione di cavità superconduttrici. Ora, il rinnovato interesse della comunità scientifica verso le strutture risonanti superconduttive costituirà un ulteriore incentivo.
La necessità di fabbricazione a basso costo, ad alta riproducibilità e di facile trasferibilità all’industria ha portato alla realizzazione e all’utilizzo di cavità acceleratici di niobio depositato per sputtering su rame. Le cavità a film sottile rappresentano un grande vantaggio rispetto al caso del niobio massiccio sia in termini di costi che di prestazioni. Oltre ad essere caratterizzate da un valore più elevato del fattore di qualità Q (rapporto tra l’energia immagazzinata e la potenza dissipata per ogni ciclo di radiofrequenza immessa all’interno della cavità stessa), le cavità di niobio depositato su rame mostrano sia una maggiore stabilità meccanica che una migliore conducibilità termica. Il problema però è costituito dal fatto che il fattore di merito crolli irrimediabilmente e con decadimento esponenziale all’au