Una lega internazionale di scienziati sta dando il via al processo decennale di sviluppo del successore del Large Hadron Collider, l'acceleratore di particelle più grande e potente del mondo.

Più di 500 scienziati si sono riuniti a Berlino, Germania, dal 29 maggio al 2 giugno per discutere del futuro della fisica delle particelle. L'evento è stato organizzato dallo studio Future Circular Collider (FCC), una collaborazione internazionale di fisici, e si è concentrato sullo sviluppo del prossimo Large Hadron Collider (LHC), che sarà sette volte più potente.

Ospitato dal CERN, l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare, LHC è in prima linea nella ricerca sulle particelle e accelera i fasci di particelle ad alta energia attorno a un tunnel ad anello di 27 chilometri. Si scontrano queste particelle per rilasciare livelli estremi di energia, e così facendo, cerca di rivelare gli sfuggenti mattoni dell'universo.

Nel 2012, l'LHC ha confermato l'esistenza del bosone di Higgs, l'ultima particella elementare invisibile nel Modello Standard della fisica, quello che dà massa a tutta la materia nel nostro universo. Ma trovare il bosone di Higgs ha finito per lasciare ai fisici più domande che risposte.

EuroCirCol, uno studio quadriennale finanziato dall'UE, sta ora studiando esperimenti futuri e la tecnologia necessaria per arrivarci. Il progetto sta gettando le basi per un acceleratore di particelle tre volte più grande dell'LHC, con magneti a doppia forza che consentono ai ricercatori di frantumare fasci di particelle insieme con una potenza fino a 100 tera elettronvolt, un'accelerazione delle particelle approssimativamente equivalente a 10 milioni di fulmini.

Secondo il professor Michael Benedikt, capo della FCC, questo salto di energia potrebbe farci individuare particelle precedentemente inosservate anche più pesanti del bosone di Higgs, che darebbe una visione più profonda delle leggi che governano l'universo.

"Quando esamini cose come il movimento delle galassie, vediamo che possiamo capire e spiegare solo circa il 5% di ciò che osserviamo, "dice il prof. Benedikt, che è anche il coordinatore del progetto di EuroCirCol.

"Ma con domande come il cosiddetto problema della materia oscura, che è legato al fatto che le galassie e le stelle non si muovono come ti aspetteresti, l'unica spiegazione che abbiamo è che ci deve essere materia che non vediamo che distorce il movimento di conseguenza."

Un'altra domanda da porsi è perché è necessario un nuovo collisore quando si costruisce l'LHC, la più grande struttura scientifica del mondo, è stato terminato solo nel 2008 ed è costato circa 4 miliardi di euro.

Per iniziare, l'LHC non è inattivo. È a caccia di ulteriori particelle e firme della fisica fino alla metà del 2020, dopo di che dovrebbe essere aggiornato per dieci anni con un aumento del tasso di collisioni di particelle.

E il fatto che LHC abbia impiegato ufficialmente quasi 30 anni per creare, dalla pianificazione iniziale fino all'attivazione dell'interruttore, significa che i ricercatori devono già iniziare a tracciare per il suo successore.

Professor Carsten P. Welsch, capo di fisica all'Università di Liverpool, dice che l'umanità che vuole comprendere i principi alla base della natura non è l'unico motore dietro tale scienza.

"La bellezza della fisica è che abbiamo questi due filoni, " ha detto il prof. Welsch, che è anche coordinatore della comunicazione per EuroCirCol. "Da un lato si pone queste domande fondamentali, ma d'altra parte, non dimentichiamo che c'è quasi sempre un collegamento diretto ad applicazioni che avvantaggiano immediatamente la società."

Tim Berners Lee, uno scienziato britannico al CERN, ha inventato il World Wide Web nel 1989, ma l'LHC ha anche portato ad altre scoperte come le terapie adroniche per il trattamento del cancro e i progressi dell'imaging medico.

Secondo il prof. Welsch, il prossimo LHC potrebbe portare a materiali più resistenti alle radiazioni che possono trasportare maggiore potenza, che è applicabile ai futuri reattori nucleari e alle reti elettriche.

"Allo stesso modo, i magneti ad alto campo troveranno applicazioni dirette negli ospedali dove tecnologie come le scansioni MRI possono migliorare le loro risoluzioni con una maggiore intensità del campo magnetico".

Fisica del futuro

Il prof. Benedikt è fiducioso che i concetti di progettazione dell'acceleratore "porteranno alle prestazioni che desideriamo e di cui abbiamo bisogno". Un prototipo del sistema di vuoto a fascio criogenico avanzato richiesto per l'FCC è già in fase di test in Germania, ma qualunque sia il concetto finale, Il prof. Benedikt afferma che il 2018 modellerà i requisiti tecnici e alimenterà lo studio FCC per dare il via ai preparativi.

La formidabile impresa di creare il prossimo LHC richiederebbe una cooperazione globale, ingenti finanziamenti e ricercatori ancora attivi tra 20 anni, a quel punto il prof. Welsch calcola che sarà andato in pensione.

Ecco perché dice che gran parte dell'evento FCC è dedicato alla divulgazione; allettanti scuole e pubblico con il calcio protonico, un tunnel interattivo LHC, e acceleratori di realtà aumentata.

Il prof. Welsch afferma che quest'ultimo consente a chiunque di creare il proprio acceleratore di particelle virtuale utilizzando un'app per smartphone che trasforma cubi di carta stampati con codici QR in componenti ad alta tecnologia.

"Ho messo una scatola di carta sul tavolo, la fotocamera e l'app lo vedono come una sorgente di particelle ioniche seduta sul tavolo del mio ufficio, simile a Pokémon Go, e qui posso vedere le particelle che volano su tutta la mia scrivania. Aggiungendo una seconda casella, Posso vedere come un magnete piega le mie particelle e così via."

Dice che tale sensibilizzazione è vitale non solo per portare le prossime generazioni nella scienza, ma per garantire che chiunque possa ancora connettersi ed essere entusiasta di ricerche più specializzate.

"Abbiamo avuto bambini di sette anni, chi, quando gli viene chiesto cosa stanno facendo, dicono alle loro madri che stanno deviando particelle cariche usando magneti a dipolo."