Il Compact Muon Solenoid (CMS) è uno dei 4 esperimenti posti lungo il Large Hadron Collider (LHC) del CERN.

CMS è un cosiddetto esperimento generalista con un ampio programma di fisica che va dallo studio del Modello Standard della fisica delle particelle (incluso il bosone di Higgs) alla ricerca di verifiche di teorie oltre al Modello Standard, quali la supersimmetria (SUSY) e le teorie che prevedono l’esistenza di dimensioni addizionali dello spazio-tempo. Tre le nuove particelle cercate da CMS ci sono le particelle di materia oscura, uno dei costituenti più abbondanti dell’universo e di cui ancora oggi conosciamo molto poco.

L’apparato sperimentale di CMS ha una struttura a “scatola cinese”: i suoi rivelatori sono immersi in un forte campo magnetico di 4 tesla realizzato grazie al più grande solenoide superconduttore mai realizzato al mondo capace di immagazzinare un’energia di 2,4 GJ. Il campo è confinato da un “giogo” d’acciaio che costituisce la maggior parte del peso di 14.000 tonnellate del rivelatore.

L’apparato è quanto più ermetico possibile e arriva a coprire fino a circa un grado dalla linea dei fasci di LHC. Se pure di grandi dimensioni rispetto ad esperimenti del passato (15 m di diametro per 22 m di lunghezza e un peso pari a 14500 t) CMS è un apparato elegantemente compatto, come suggerisce il nome.

Una caratteristica insolita del rivelatore CMS è che invece di essere costruito in situ come gli altri rivelatori giganti degli esperimenti LHC, è stato costruito in 15 sezioni a livello del suolo prima di essere calato in una caverna sotterranea vicino a Cessy, in Francia, e rimontato.

CMS è stato progettato per ottenere massima efficienza e precisione nella rivelazione di fotoni, leptoni carichi (elettroni, muoni, tau), jet, inclusi i jet originati da quark b, ed energia mancante, quest’ultima indice della presenza di particelle neutre elusive (quali i neutrini).

L’esperimento CMS è una delle più grandi collaborazioni scientifiche internazionali della storia, che coinvolge circa 6000 fisici delle particelle, ingegneri, tecnici, studenti e personale di supporto di 241 istituti in 55 paesi ed è in continua evoluzione, sia da un punto di vista dei collaboratori e delle istituzioni coinvolti che – per quanto riguarda l’apparato sperimentale – da un punto di vista strutturale: durante le fasi di Long Shutdown le sezioni vengono aggiornate con nuove implementazioni e/o migliorie.

CMS ha già riportato numerosissime misure nell’ambito del Modello Standard e di ricerche di nuova fisica, contribuendo in maniera significativa all’avanzamento delle conoscenze nella fisica delle interazioni fondamentali. Nel 2020, CMS ha superato la sbalorditiva quota di 1000 articoli pubblicati su riviste scientifiche internazionali. Ma il viaggio non è per nulla terminato: sia i rivelatori che le tecniche di analisi dei dati usufruiscono di migliorie e innovazioni costanti; nuovi dati verranno raccolti e possibili nuove scoperte attendono gli scienziati della collaborazione negli anni a venire.
La comunità di CMS è anche molto attiva nella disseminazione della scienza, partecipando a numerose iniziative per la cittadinanza e per le scuole. Dati raccolti da CMS sono messi a disposizione di studenti di tutto il mondo durante l’iniziativa CERN masterclasses “hands on particle physics” che si tiene regolarmente ogni anno.