"Grande scienza" è un termine coniato originariamente dagli storici per descrivere i principali progressi scientifici compiuti dalle nazioni industriali durante il periodo della seconda guerra mondiale.

La frase di solito implica un enorme investimento di capitale, spesso incorrere in miliardi di dollari. A causa dell'enorme portata di questi progetti, richiedono il sostegno dei governi nazionali o persino di gruppi di governi. Ma alla fine ne vale la pena questo enorme investimento di dollari delle tasse?

Questa è una delle domande chiave che vengono poste attualmente sul laser a raggi X europeo, noto anche come XFEL - otto anni, Progetto da 1,22 miliardi di euro che coinvolge la Germania, Russia, e altre nove nazioni europee.

Descritto come "l'esperimento più costoso in Germania" e con una data di inizio stimata a settembre 2017, gli scienziati e il pubblico in generale stanno ancora discutendo delle opportunità e delle sfide associate a questo enorme progetto scientifico internazionale.

Grande Scienza nel 21° secolo

Uno dei più famosi progetti di Big Science finora nel 21° secolo è stato il Large Hadron Collider. Quel progetto, che ha finito per costare circa 5 miliardi di dollari per la costruzione e 1 miliardo di dollari l'anno per la sua esecuzione, mirato a rilevare le particelle fondamentali che compongono l'universo. Il più famoso di questi era la cosiddetta "particella di Dio" o bosone di Higgs, descritto all'epoca come "l'anello mancante nel modello standard della fisica delle particelle".

Certo, a parte il bosone di Higgs, ci sono innumerevoli altre scoperte meno famose che potrebbero e sono già state fatte dal Large Hadron Collider. Ma se il progetto non fosse riuscito a fornire il bosone di Higgs, il Large Hadron Collider sarebbe stato ancora considerato dal pubblico un successo?

Per rispondere a questa domanda potremmo considerare la National Ignition Facility in California. Il progetto è stato finalmente completato nel 2009, cinque anni dopo il previsto e circa quattro volte il budget (il costo totale è stato di circa 3,5 miliardi di dollari).

L'obiettivo principale della struttura era dimostrare la fusione nucleare con un sostanziale guadagno di energia. In caso di successo, avrebbe potuto avere un impatto enorme sull'approvvigionamento energetico mondiale, con un'eredità che si estende lontano nel futuro. Però, nella seconda metà del 2012 l'esperimento si è ufficialmente concluso, aver raggiunto solo un decimo delle condizioni richieste per l'accensione per fusione.

Dal 2012, la struttura è stata utilizzata per innumerevoli altri materiali di successo e esperimenti di armi. Nella mente del contribuente americano, però, questo progetto può essere considerato un successo se confrontato con i suoi obiettivi originali?

Molecole che esplodono

Allo stesso modo gravato dal peso dell'aspettativa internazionale, il laser a raggi X europeo ha un obiettivo altrettanto ambizioso. Questo progetto mira a creare i primi film molecolari su scala atomica di proteine, i mattoni fondamentali della vita.

L'impianto è costituito da una vasta rete sotterranea di gallerie, che si estende per chilometri sotto il confine nord-occidentale di Amburgo in Germania. L'idea di base è concentrare trilioni di fotoni di raggi X in un minuscolo volume di spazio contenente solo una singola molecola e registrarne un'immagine prima che esploda.

Questo concetto, noto come "diffrazione prima della distruzione" aprirebbe una finestra completamente nuova sul mondo molecolare. Sarebbe, Per esempio, consentono agli scienziati di visualizzare le molecole all'interno delle cellule tumorali mentre si formano in tempo reale. La parte difficile è prendere l'immagine abbastanza velocemente da "fotografare" la molecola intatta e non solo catturare i detriti mentre volano via.

A causa di questo enorme potenziale, i governi hanno investito enormi somme di denaro in queste strutture. Ma cosa succede se l'esperimento fallisce?

Dopo tutto lo sforzo e il capitale politico spesi (non ultimo per placare le decine di cittadini tedeschi sotto le cui case corre l'impianto di 3,4 km), le aspettative per il laser a raggi X europeo sono comprensibilmente alte.

Cosa pensano i tedeschi del laser a raggi X?

Infatti, la questione del costo rispetto alla ricompensa è stata oggetto di un recente articolo in prima pagina sulla rivista nazionale tedesca Der Speigel. Dentro, eminente fisico Holger Stark, direttore dell'Istituto Max Planck di chimica biofisica di Göttingen, sostiene che l'investimento varrebbe la pena solo se non ci fossero alternative, e che l'approccio ha degli svantaggi.

Per esempio, Stark sottolinea che per un prezzo relativamente irrisorio di 4-5 milioni di euro è possibile acquistare un microscopio elettronico a trasmissione. Questo microscopio offre anche la possibilità di poter visualizzare singole molecole. Però, la differenza fondamentale è che nel microscopio elettronico le molecole sono statiche, mentre nel laser a raggi X europeo sono liberi di muoversi (almeno fino a quando non vengono distrutti).

Gli scienziati che sostengono il progetto Laser a raggi X affermano che la capacità di realizzare filmati di molecole "in azione" è una svolta che vale la pena investire. Sostengono che essere in grado di "vedere" effettivamente i movimenti di molecole biologicamente importanti fornirà intuizioni essenziali che andranno a beneficio di tutta l'umanità.

Certo, in questa fase semplicemente non lo sappiamo. Come scienziato, se gli 1,22 miliardi di euro sarebbero stati spesi meglio altrove, probabilmente dipende in gran parte dal fatto che tu abbia un qualche coinvolgimento con la ricerca sui raggi X. Il nostro gruppo di ricerca è tra le dozzine in tutto il mondo che sperano di avere la possibilità di ottenere immagini di molecole prima che esplodano.

Occhio al premio

Però, con solo pochi esperimenti possibili alla volta, la concorrenza per l'accesso al laser a raggi X europeo è spietata. Questo è stato un altro argomento contro l'investimento di così tanti soldi in una struttura:solo un numero relativamente piccolo di scienziati può effettivamente avere la possibilità di usarlo.

Ma da qualunque parte ti trovi, c'è innegabilmente un enorme senso di eccitazione tra gli scienziati per vedere cosa produrranno i primi esperimenti al laser a raggi X europeo a settembre.

Finalmente, c'è l'argomento che la creazione dei primi film molecolari su scala atomica al mondo sarebbe solo l'inizio. L'osservazione del bosone di Higgs ha essenzialmente aiutato a convalidare la nostra attuale comprensione della struttura fondamentale della materia. Mentre la scoperta di Higgs potrebbe eventualmente portare allo sviluppo di nuove teorie, il buon esito degli esperimenti europei sui laser a raggi X avrebbe probabilmente applicazioni pratiche più immediate.

Questi a loro volta genererebbero molte altre domande, mentre gli scienziati corrono per ottenere il massimo dalla nuova tecnologia. Una delle domande chiave, che è già nella mente di molti dei gruppi che guidano questa ricerca, è chi ottiene il premio Nobel se l'idea funziona?

Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.