Basi geodetiche altamente precise per il nuovo acceleratore di particelle del CERN
Il nuovo acceleratore di particelle del CERN richiede basi geodetiche precise di swisstopo.
Il CERN, l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare che ha sede nei pressi di Ginevra, conduce un’importante ricerca fisica fondamentale sulla struttura della materia. A tale scopo, il rinomato istituto di ricerca utilizza dal 2008 il Large Hadron Collider (LHC), il più grande acceleratore di particelle del mondo, che ha una lunghezza di 27 chilometri. Ora, secondo la «Strategia europea per la fisica delle particelle», si deve realizzare uno studio di fattibilità sul modello che andrà a sostituire l’attuale nucleo del CERN, ovvero il Future Circular Collider (FCC). Il nuovo modello dovrebbe essere tre volte più grande del suo predecessore e, quindi, poter sviluppare un’energia molto maggiore per la collisione delle particelle.
Come funziona un acceleratore di particelle?
In un acceleratore di particelle, le particelle (nel caso dell’LHC, protoni o ioni di piombo) volteggiano in un tubo a vuoto, all’interno del quale vengono accelerate per mezzo di campi elettrici e influenzate da bobine di campo che controllano la loro direzione. Queste bobine devono essere allineate con molta precisione. Il dipartimento di rilevamento del CERN effettua un primo allineamento al millimetro. A tal fine è necessario un modello estremamente accurato del campo gravitazionale terrestre, il cosiddetto modello di geoide, che viene utilizzato tra le altre cose per correggere le misurazioni. Il modello di geoide è calcolato usando varie misurazioni, ad esempio misurazioni di gravità e livellazione GNSS, una combinazione di misurazioni GNSS con livellazione.
Un prerequisito importante per l’attuazione del progetto è rappresentato quindi da basi geodetiche altamente precise. Questo riguarda anche la pianificazione, così come la costruzione e il successivo funzionamento del futuristico acceleratore di particelle. A tale scopo i modelli già esistenti non sono sufficienti. La collaborazione tra il CERN, il Politecnico federale di Zurigo, l’Haute Ecole d’Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD) e swisstopo mira invece a fornire dati geodetici molto precisi per il progetto. Un risultato atteso di questa collaborazione è un modello di campo gravitazionale molto accurato per l’ambiente dell’FCC. Swisstopo sostiene il progetto da un lato con aspetti pratici, come l’esecuzione di nuove misurazioni o la messa a disposizione di misurazioni o attrezzature esistenti, e dall’altro attraverso la sua competenza.
In una prima fase sarà creato un profilo geodetico di 50 km da Ginevra ad Annecy. Da un lato, sono state integrate le misurazioni di livellazione esistenti dell’IGN (controparte francese dell’Ufficio federale di topografia) e di swisstopo. Un tratto di 8 km è stato rilivellato dal CERN. Dall’altro, swisstopo ha effettuato una misurazione della deviazione della verticale lungo il profilo ogni 800 m circa utilizzando una fotocamera zenitale, sviluppata dall’Istituto di geodesia e fotogrammetria del Politecnico di Zurigo. Inoltre, nell’autunno 2021 sono stati rilevati 50 punti utilizzando il GNSS statico ad alta precisione come parte di una grande campagna GNSS di una settimana con la partecipazione di tutti i partner del progetto.
Tutte queste misurazioni producono un profilo del geoide molto preciso (praticamente una sezione del geoide lungo il profilo) che può essere impiegato per la convalida e il confronto. Questo profilo rappresenta la base per valutare la precisione dei futuri modelli di geode. Il calcolo di questi modelli sarà effettuato al termine dei lavori sul profilo. Anche in questo caso sono necessarie alcune misurazioni di compattazione.
Non è la prima volta che swisstopo collabora con il CERN. L’istituto di ricerca di Ginevra e l’Ufficio federale di topografia, infatti, hanno già lavorato insieme in diverse occasioni. La cooperazione nell’ambito della ricerca è preziosa per swisstopo, in quanto nel progetto vengono utilizzati nuovi metodi e software che in futuro potrebbero essere impiegati anche per la misurazione nazionale regolare.
Informazioni complementari
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3084 Wabern