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Dopo LHC, ecco l’acceleratore di particelle del futuro

Si chiamerà International Linear Collider e, a differenza di LHC, non sarà un acceleratore ad anello. Obiettivi: supersimmetria, materia oscura e dimensioni nascoste. Forse costruito in Giappone.

Dopo LHC, ecco l'acceleratore di particelle del futuro.

Già da un po’ di tempo i fisici delle particelle di mezzo mondo stanno immaginando il futuro della ricerca nelle alte energie dopo LHC. Il grande acceleratore di particelle del Cern di Ginevra, attualmente in fase di manutenzione programmata fino alla fine del prossimo anno, rappresenta oggi l’apice delle capacità scientifiche e tecnologiche della nostra civiltà, prima tra le “meraviglie” del mondo moderno. Ha scoperto il bosone di Higgs, la chiave di volta del Modello Standard della fisica subatomica, sfuggito alle rivelazioni per decenni negli acceleratori a energia più bassa. Dopo la sua riattivazione LHC ci stupirà ancora. Ma i suoi limiti sono evidenti: come per ogni tecnologia, anche quella alla base di LHC si è sviluppata a ritmi notevoli da quando la costruzione dell’acceleratore di particelle iniziò quindici anni fa. È tempo quindi di iniziare a progettare, se non il suo successore, perlomeno un suo “partner” che potrebbe affiancarlo in futuro.

Verso l’International Linear Collider

Il tunnel che costituirà l’ILC sarà lungo 31 chilometri.

Ci sono infatti cose che probabilmente vanno al di là delle capacità di LHC. Anche se in molti avevano scommesso sulla sua capacità di produrre le prime prove dell’esistenza della supersimmetria, l’elegante teoria che collega fermioni e bosoni, le due famiglie di particelle esistenti, in una più ampia “teoria del tutto”, finora non è uscito ancora niente. LHC potrebbe individuare le particelle che costituiscono la materia oscura, responsabile del 25% circa della massa dell’universo. Dovrebbe riuscire a definire meglio le proprietà del bosone di Higgs. I condizionali sono d’obbligo, perché questi obiettivi potrebbero essere al di là della sua portata.

Il 12 giugno i membri di una commissione incaricata di realizzare il progetto e gli schemi tecnici del nuovo acceleratore hanno quindi consegnato il loro rapporto in cinque volumi per l’International Linear Collider, nel corso di una cerimonia internazionale iniziata a Toyo, proseguita al Cern di Ginevra e conclusasi al Fermilab di Chicago – le tre capitali della fisica delle particelle. Il Techinical Design Report passa ora nelle mani dell’ICFA, la Commissione internazionale per i futuri acceleratori, che si occuperà degli aspetti esecutivi e delle tempistiche. “Grazie a tutto il loro duro lavoro, abbiamo ora una macchina che sappiamo di poter costruire”, ha commentato Jonathan Bagger, a capo della cabina di regia dell’International Linear Collider. Barry Barish, che ha coordinato il lavoro a livello internazionale, ha aggiunto: “La tecnologia è lì, gli obiettivi fondamentali in ricerca e sviluppo sono stati conseguiti, la fisica è chiara, e potremmo iniziare a costruirlo domani. Tutto ciò che ci serve è una chiara dichiarazione politica, e ci sono forti segnali dal Giappone sulla sua disponibilità a ospitare il progetto”.

Cosa farà il nuovo acceleratore

Già nei mesi scorsi, in diversi incontri internazionali, si era profilata tra i fisici delle particelle la possibilità di proporre un tipo di acceleratore diverso da LHC, un linear collider. Mentre il primo è di tipo circolare, il secondo è – come suggerisce il nome – lineare. Mentre LHC effettua principalmente collisioni tra protoni, ILC sparerà agli estremi opposti di un tunnel di 31 chilometri due fasci di particelle dello spessore inferiore a quello di un capello umano, uno costituto da elettroni e uno da positroni (le antiparticelle degli elettroni). I superconduttori, in numero di circa 16mila, operanti a temperature vicino allo zero assoluto, permetteranno ai fasci di particelle di raggiungere energie enormi fino al picco di 500 GeV (gigaelettronvolt) al momento della collisione, che dovrebbe produrre una serie di nuove particelle oltre quelle previste dal Modello Standard.

Al centro del tunnel si scontreranno due fasci di particelle, uno di elettroni e uno di positroni, fino a 500 GeV di energia.

Una speranza dei fisici è che tra queste ci siano le particelle responsabili della materia oscura. Il cerchio si sta stringendo sempre più intorno a queste particelle misteriose: numerosi esperimenti nelle viscere della Terra stanno cercando di catturarle isolandole dalla doccia cosmica che riceviamo continuamente dallo spazio. In orbita, attraccato alla Stazione Spaziale Internazionale, c’è AMS-02, un rilevatore molto promettente che sembra aver già trovato qualche traccia di materia oscura. Responsabili di questa materia invisibile ai nostri occhi potrebbero essere proprio le particelle supersimmetriche, più pesanti di quelle ordinarie: e con ILC i fisici potrebbero essere in grado di produrle a comando, attraverso gli scontri tra elettroni e positroni. Si otterrebbero due piccioni con una fava: la conferma della supersimmetria come possibile teoria del tutto, e la soluzione del mistero della materia oscura.

La supersimmetria si lega inoltre alla teoria delle stringhe. La teoria delle superstringhe permetterebbe infatti di unificare le gravità, descritta dalla relatività generale, con le altre tre forze dell’universo, descritte dalla meccanica quantistica. Essa prevede l’esistenza di dimensioni extra dello spazio, che non vediamo perché ripiegate su se stesse fino a scale vicine alla lunghezza di Planck, la lunghezza minima possibile in natura. Non potremmo avere esperienza diretta delle dimensioni nascoste, ma ILC potrebbe riuscire a individuare particelle che “scompaiono” perché finite all’interno di queste dimensioni. Potrebbe essere la “pistola fumante” per i teorici delle superstringhe.

Costi e ricadute

Quanto costerà tutto questo? Al momento ci sono solo delle stime, inevitabilmente destinate a variare con l’avvio dei lavori, ma il Technical Design Report prevede circa 7,8 miliardi di dollari, con un’incertezza del 25%. Dovrebbe dare lavoro a circa 13mila persone in fase di costruzione. Già oggi al progetto lavorano più di mille persone da ogni parte del mondo. Come e più di LHC, si tratta di una grande collaborazione internazionale, un “progetto senza frontiere” che dovrebbe non solo far luce sui misteri dell’universo, ma produrre anche ricadute positive sulla vita di tutti i giorni, attraverso gli sviluppi delle tecnologie necessarie per realizzare l’acceleratore: si pensi alla risonanza magnetica che è diretta discendente dei primi acceleratori. Darà lavoro a migliaia di giovani scienziati e tecnici, portando alla nascita di una cittadella scientifica multiculturale intorno a ILC. Non stupisce se il Giappone sia già in pole position per ospitare la struttura, una nuova “meraviglia” che produrrà conoscenza, innovazione e sviluppo economico.

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