Verso il futuro con la più grande macchina del mondo

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Avrà una circonferenza di 100 chilometri e la forma di una ciambella, posta nel sottosuolo a cavallo tra Svizzera e Francia. Sarà la macchina più potente mai costruita dall’uomo. Il suo compito principale sarà scoprire “nuova fisica”, oltre il Modello Standard delle Alte Energie. Fcc, Future Circular Collider, sarà il nuovo super acceleratore di particelle del Cern, il centro europeo di fisica delle particelle, che è il più grande laboratorio scientifico al mondo. Questo tempio della Big Science eretto a Ginevra già ospita la macchina più potente mai costruita dagli umani, Lhc (Large Hadron Collider). Ma punta a conservare il suo primato, insidiato dalla Cina, che ha in progetto di costruire una macchina analoga, anch’essa con una circonferenza di 100 chilometri, e con la stessa prospettiva di scoprire “nuova fisica”. Si tratta di due opere solo in apparenza in concorrenza. Perché le due macchine, che saranno realizzate – se lo saranno – nell’arco di qualche decennio, possono svolgere anche ricerche complementari. E infatti al Cern e in Cina dichiarano di voler stabilire una collaborazione. D’altra parte i fisici cinesi – come sostiene Lucia Votano, già direttrice
dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e ora al lavoro in un progetto cinese, Juno, di studio dei neutrini – hanno molto da imparare dall’esperienza degli scienziati del Cern. Fcc sarà anche una grande opera di ingegneria. Una sfida tecnologica senza pari. Con una domanda di innovazione che si riverbererà sull’industria europea. Ma è soprattutto un progetto di fisica. Nella sua prima fase, lungo l’anello correranno gli “eleganti leptoni”, come li chiamava Bruno Touschek, il padre di questo modo di fare esperimenti in fisica delle alte energie: ovvero elettroni e la loro immagine speculare nell’antimateria, i positroni. Poi, forse dopo il 2050, sarà la volta della “teppaglia adronica”, come Touschek chiamava i protoni, visto che danno risultati più “sporchi”. Comunque, essendo 2000 volte più pesanti degli elettroni e dei positroni, scontrandosi a una velocità prossima a quella della luce, raggiungeranno energie davvero inusitate: 100 TeV (tera elettronvolt, ovvero 100.000 miliardi di elettronvolt). Lhc, con la sua circonferenza di 27 chilometri, può raggiungere

al massimo 14 TeV. Tutto questo, per fare cosa? Intanto per studiare meglio il “bosone di Higgs”, la cosiddetta “particella di Dio” scoperta nel 2012 con Lhc e che ha chiuso il quadro teorico del Modello Standard delle Alte Energie. Fcc sarà una vera e propria “fabbrica di bosoni di Higgs” e consentirà di studiare nei minimi dettagli queste particelle che conferiscono una massa a tutte le altre e, dunque, all’universo intero. Ma il compito principale di Fcc sarà di andare oltre il Modello Standard della descrizione fisica dell’universo che, per esempio, prevede che i neutrini non abbiano massa. Numerose osservazioni hanno verificato che aveva ragione Bruno Pontecorvo: i neutrini, che sono di tre tipi, “oscillano” e, viaggiando nello spazio, si trasformano l’uno nell’altro. E questo, invece, implica che abbiano una massa, per quanto piccolissima.
Gli astrofisici “pesano” una massa nell’universo che è almeno cinque volte quella che vediamo e conosciamo. La gran parte della materia cosmica è “materia oscura”: non solo non la vediamo, ma non sappiamo neppure di cosa è fatta. Sappiamo solo che è costituita da materia che non è contemplata dal Modello Standard. La speranza è che Fcc e il suo quasi gemello cinese riescano finalmente a farle tirare giù la maschera e rivelarcela. Esistono molte teorie che prevedono l’esistenza di altre particelle oltre quelle dette barioniche del Modello Standard. Tra queste teoriche particelle non barioniche, le più accreditate a dar conto della “materia oscura” sono probabilmente le Wimp (Weakly Interacting Massive Particles): particelle dotate di massa ma scarsamente interagenti con la materia ordinaria se non in modo gravitazionale. Le Wimp non risentono né dell’interazione elettromagnetica né dell’interazione forte (l’interazione che tieni uniti i quark nel nucleo degli atomi, per intenderci). Stanare le Wimp, ecco la missione principale di Fcc.

Resta un problema, molto più prosaico: dove trovare i 21 (o anche “solo” i 18) miliardi di euro per costruire questo nuovo grande acceleratore? C’è qualche fisico – pochi in verità – che dice che forse una spesa così ingente non vale la candela, visto che le Wimp e le loro alternative sono ipotetiche e la loro esistenza non è affatto certa. Ma la scienza questo è: la scoperta di cose nuove e spesso inattese. In un processo dal risultato intrinsecamente incerto c’è sempre, lo insegna la storia, una ricaduta tecnologica. Non è stato proprio al Cern, per esempio, che Timothy John Berners-Lee e altri hanno messo a punto il linguaggio World Wide Web creando, così, un nuovo sistema di comunicazione e una nuova economia? Se i governanti europei ed extraeuropei terranno a mente che è la ricerca di base il vero motore dell’innovazione, i soldi per Fcc salteranno fuori.