Il mondo della fisica delle particelle sta per vivere una svolta che potrebbe cambiare radicalmente la comprensione dell’universo. Il High-Luminosity LHC, l’aggiornamento più ambizioso mai pianificato per il celebre acceleratore di particelle del CERN di Ginevra, dovrebbe entrare in funzione nel 2030. E le aspettative sono enormi. Perché questa macchina potenziata potrebbe finalmente aiutare a risolvere alcuni dei misteri più profondi della fisica moderna, dal comportamento del bosone di Higgs alla natura sfuggente della materia oscura.

Ma facciamo un passo indietro. Il Large Hadron Collider originale ha già fatto la storia nel 2012, quando ha permesso la scoperta del bosone di Higgs, quella particella che conferisce massa alle altre particelle e che per decenni era rimasta una previsione teorica. Eppure, nonostante quel traguardo straordinario, restano tantissime domande senza risposta. Il Modello Standard della fisica, per quanto elegante, non riesce a spiegare tutto. E qui entra in gioco la versione potenziata dell’acceleratore.

Cosa cambierà davvero con il nuovo acceleratore

Il concetto chiave è racchiuso in quella parola: luminosità. In fisica delle particelle, la luminosità non ha nulla a che fare con la luce visibile. Indica piuttosto il numero di collisioni che l’acceleratore riesce a produrre in un dato intervallo di tempo. Più collisioni significano più dati. E più dati significano maggiori probabilità di osservare fenomeni rari, quelli che sfuggono quando il campione statistico è troppo piccolo.

Il High-Luminosity LHC promette di moltiplicare di un fattore dieci la capacità di raccolta dati rispetto alla versione attuale. Parliamo di miliardi e miliardi di collisioni tra protoni, un volume di informazioni che potrebbe far emergere segnali nascosti. Particelle mai osservate prima, comportamenti anomali del bosone di Higgs, tracce indirette di materia oscura. Tutto ciò che finora è rimasto nel territorio delle ipotesi potrebbe trovare conferma oppure essere definitivamente escluso.

Perché questa sfida è così importante per la scienza

La posta in gioco va ben oltre la fisica accademica. Capire la materia oscura, che costituisce circa il 27% dell’universo ma che nessuno ha mai rilevato direttamente, significherebbe riscrivere interi capitoli della cosmologia. Allo stesso modo, studiare con precisione estrema le proprietà del bosone di Higgs potrebbe rivelare crepe nel Modello Standard, aprendo la porta a nuove teorie sulla struttura fondamentale della realtà.

Il progetto richiede tecnologie superconduttive all’avanguardia, magneti di nuova generazione e una capacità di calcolo senza precedenti per analizzare la mole di dati prodotta. Il CERN sta lavorando con centinaia di istituzioni in tutto il mondo per rendere possibile questa impresa.

Non è esagerato dire che il High-Luminosity LHC rappresenta la scommessa più grande della fisica delle particelle per il prossimo decennio. Se tutto andrà come previsto, dal 2030 in poi la comunità scientifica avrà tra le mani uno strumento capace di rispondere a domande che accompagnano l’umanità da sempre. O quantomeno, di porne di nuove e ancora più affascinanti.

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Al Large Hadron Collider del CERN di Ginevra sta succedendo qualcosa di grosso. I fisici che lavorano al più grande acceleratore di particelle del mondo hanno individuato un comportamento anomalo in alcune trasformazioni subatomiche estremamente rare, e i risultati non quadrano con quello che la teoria dominante prevede. Se queste osservazioni venissero confermate, si aprirebbe una crepa concreta nel Modello Standard, il pilastro teorico che da oltre cinquant’anni spiega come funzionano le particelle fondamentali e le forze che governano l’universo.

Il punto centrale della questione riguarda i cosiddetti decadimenti a pinguino, un nome curioso che indica un tipo molto specifico di trasformazione particellare. In pratica, i ricercatori dell’esperimento LHCb hanno studiato come i mesoni B si trasformano in altre particelle subatomiche: un kaone, un pione e due muoni. Questo processo è incredibilmente raro. Su un milione di mesoni B, solo uno si comporta in questo modo. Eppure, analizzando con estrema precisione angoli ed energie di queste trasformazioni, il team ha trovato discrepanze significative rispetto a quanto previsto dal Modello Standard. La deviazione misurata è di quattro deviazioni standard, il che significa che la probabilità che si tratti di una semplice fluttuazione casuale dei dati è di appena una su 16.000. Non siamo ancora al traguardo delle cinque sigma, la soglia d’oro della fisica per dichiarare una scoperta ufficiale, ma ci si avvicina parecchio.

Perché questa scoperta conta davvero

Chi segue la fisica delle particelle sa bene che il Modello Standard, per quanto straordinariamente preciso, ha dei buchi enormi. Non spiega la gravità, non dice nulla sulla materia oscura, quella componente invisibile che rappresenta circa il 25% dell’universo. Il Large Hadron Collider è stato costruito proprio per cercare queste falle, facendo scontrare fasci di protoni che viaggiano in direzioni opposte all’interno di un tunnel circolare lungo 27 chilometri sotto il confine franco svizzero. E adesso qualcosa potrebbe finalmente emergere.

A rafforzare il quadro ci sono anche i risultati indipendenti dell’esperimento CMS, pubblicati all’inizio del 2025, che pur essendo meno precisi puntano nella stessa direzione. I decadimenti a pinguino sono particolarmente interessanti perché risultano sensibili all’influenza di particelle pesanti ancora sconosciute, che non possono essere create direttamente al CERN ma che lascerebbero tracce indirette proprio in processi così rari. È un po’ come la radioattività, scoperta 80 anni prima che si identificassero le particelle responsabili del fenomeno.

Cosa succede adesso

Tra le teorie candidate per spiegare queste anomalie, molte prevedono l’esistenza di nuove particelle chiamate leptoquark, capaci di unificare due categorie di materia oggi considerate distinte. Restano però questioni aperte, in particolare legate ai cosiddetti “charming penguins”, processi interni al Modello Standard le cui previsioni sono estremamente difficili da calcolare. Le stime più recenti suggeriscono che questi effetti non bastano a giustificare i dati osservati, ma la cautela è d’obbligo.

Il bello è che nuovi dati sono già stati raccolti. Lo studio attuale si basa su circa 650 miliardi di decadimenti registrati tra il 2011 e il 2018. Da allora, il Large Hadron Collider ha accumulato tre volte tanto materiale. E per gli anni Trenta sono previsti aggiornamenti che permetteranno di raccogliere un campione quindici volte più grande. A quel punto, sarà possibile fare affermazioni definitive. E forse, riscrivere davvero le regole fondamentali della fisica.

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