Prova a camminare con una tazza di caffè e, a forza di fare passi, il liquido inizia a oscillare sempre di più fino a fuoriuscire. Questo “meccanismo” spiega uno dei più grandi misteri della Fisica. Un gruppo di scienziati del CERN e dell’Università Goethe di Francoforte ha pubblicato su Nature Physics una scoperta importante: hanno individuato quello che chiamano un “fantasma risonante” dentro il Super Proton Synchrotron (SPS), un gigantesco anello di quasi sei chilometri di diametro che risale agli anni Settanta ma resta fondamentale per gli esperimenti.
Non si tratta di nulla di paranormale, ma di una struttura invisibile creata dalla risonanza. Quando le particelle viaggiano nell’acceleratore, le onde che generano possono incontrarsi e amplificarsi in certi punti specifici, proprio come le onde del caffè. Il risultato? Le particelle vengono deviate e perse lungo il percorso, un fenomeno chiamato “degrado del fascio”.
Questa forma tridimensionale cambia continuamente nel tempo, quindi per studiarla serve ragionare in quattro dimensioni. I ricercatori hanno misurato cosa succedeva in diversi punti dell’anello e hanno costruito un modello matematico chiamato sezione di Poincaré, simile a una risonanza magnetica ma per sistemi dinamici.
All’interno dell’SPS, le particelle non viaggiano semplicemente in cerchio. Possono anche “rimbalzare” lungo il percorso, perché l’anello ha uno spessore reale. Questi rimbalzi vengono distorti da imperfezioni inevitabili nei magneti che controllano il fascio: anche minuscole fluttuazioni magnetiche causano risonanza e perdita di particelle preziose.
Il problema diventa sempre più serio man mano che i fasci diventano più potenti ed energetici. Nel 2019 il CERN ha dovuto potenziare lo “scaricatore di particelle”, una sorta di sistema di sicurezza per gestire questi fasci ad alta potenza, e proprio allora hanno notato il fantasma.
Capire queste risonanze non serve solo per il CERN. Lo stesso tipo di interferenza armonica danneggia anche gli esperimenti sulla fusione nucleare nei tokamak, creando zone dove l’energia si disperde. Studiare il fantasma dell’SPS potrebbe quindi aiutare diversi campi della fisica.
I ricercatori hanno scoperto che certe “linee fisse” nel loro modello predicono esattamente dove le particelle si concentreranno e dove andranno perse. Questa mappa permetterà di sviluppare strategie per ridurre le perdite negli acceleratori esistenti e di progettare macchine nuove senza questi difetti, risparmiando soldi e ottenendo dati migliori.
Il Super Proton Synchrotron compirà cinquant’anni nel 2026, ma continua a dare ai fisici lezioni fondamentali. A volte le strutture più vecchie custodiscono i segreti più utili per il futuro.