Perché non dovremmo più costruire
grandi collisori di particelle:
Sabine Hossenfelder, fisico e
ricercatore presso l'Istituto di studi avanzati di Francoforte, spiega
perché oggi potrebbe non avere senso progettare e costruire nuovi collisori
sempre più grandi e potenti e, ovviamente, sempre più costosi, sia da costruire
che da gestire.
Da:
Il Cern sta potenziando il super
collisore LHC (Large Hadron Collider) per realizzare una ‘fabbrica‘ di bosoni
di Higgs, con cui tracciare un identikit molto preciso della particella
scoperta nel 2012.
Parallelamente a questa scelta il
Cern prenderà in considerazione la realizzazione di un nuovo super collisore
che raccoglierà la pesante eredita di LHC. Queste sono le indicazioni comparse
in un documento che vuole rivedere la strategia europea nel campo della fisica
delle particelle, presentato nel corso di una sessione online dal Consiglio del
Cern insieme alla direttrice generale, Fabiola Gianotti.
“È una strategia ambiziosa, che
delinea un futuro molto promettente per l’Europa e per il Cern con un approccio
attento e graduale“, ha dichiarato la Gianotti. “Continueremo a investire in
forti programmi di cooperazione tra il Cern e gli altri istituti di ricerca
negli Stati membri del Cern, e non solo. Queste collaborazioni sono
fondamentali per un progresso scientifico e tecnologico sostenuto e condiviso,
e producono inoltre grandi vantaggi per la società“ (?)
Tuttavia non tutti sono
d’accordo, come Sabine Hossenfelder, fisico e ricercatore presso l’Istituto di
studi avanzati di Francoforte. Attualmente al lavoro sulla materia oscura e sui
fondamenti della meccanica quantistica, esprime le sue perplessità in un
articolo pubblicato su scientificamerican.com.
Il CERN ha deciso di voler
proseguire nelle ricerche gettando le basi per la realizzazione del Future
Circular Collider (FCC), che sarà ospitato in un tunnel anulare di 100
chilometri. Questa macchina potrebbe raggiungere energie di 100
tera-elettron-volt, circa sei volte l’energia sviluppata oggi nel Large Hadron
Collider (LHC). Raggiungendo queste energie, la nuova macchina consentirebbe di
guardare in maniera più intima la struttura della materia offrendo la
possibilità di nuove scoperte.
Nonostante gli annunci del Cern
che definiscono “prioritario” il compimento del primo passo verso la
realizzazione di FCC, cioè trovare un sito adatto dove scavare il tunnel, non è
chiaro se il progetto verrà alla luce. Il futuro collisore, se verrà
realizzato, impiegherà particelle come elettroni e positroni in luogo dei
protoni utilizzati da Lhc.
Il primo passo andrà nella direzione
della “fabbrica di Higgs“. Il bosone di Higgs, scoperto al CERN nel 2012, era
l’ultima particella mancante nel modello standard della fisica delle
particelle. FCC, se vedrà effettivamente la luce, avrà il compito di misurare
le proprietà del bosone di Higgs e le proprietà di alcune particelle
precedentemente scoperte, in modo più completo. Se il piano verrà portato a
termine costerà decine di miliardi di dollari. Non si conoscono con precisione
i costi da sostenere in quanto le stime di budget presentate dal CERN non
includono i costi operativi. Considerando i costi di gestione del Large Hadron
Collider, i costi per il nuovo collider sarebbero probabilmente pari a almeno 1
miliardo di dollari all’anno.
Costi enormi in quanto i
collisori sono oggi gli esperimenti di fisica più costosi mai realizzati. Il
loro prezzo è superiore a quello dei futuri telescopi spaziali che vedremo
all’opera tra qualche anno. Il motivo principale per cui il costo è così alto è
che, fin dagli anni ’90, ci sono stati solo miglioramenti incrementali nella
tecnologia del collider. Di conseguenza, l’unico modo per raggiungere energie
più elevate oggi è costruire macchine di maggiori dimensioni. È la semplice
dimensione fisica, i lunghi tunnel, il grande numero di magneti e tutte le
persone necessarie per farlo funzionare, a rendere questi dispositivi
enormemente costosi.
Sabine Hossenfelder ha
sottolineato l’aumento dei costi di queste macchine che però ne ha visto un
ridimensionamento della rilevanza. Quando i fisici ha iniziato a costruire
collisori negli anni ’40, non erano in possesso di un inventario completo delle
particelle elementari e ne erano coscienti. Nuove misurazioni hanno portato a
nuovi misteri che hanno portato alla costruzione di collider sempre più grandi
fino a quando, nel 2012, il quadro non è stato completato.
Il modello standard ha ancora
alcuni punti da chiarire, ma testarli sperimentalmente richiederebbe energie
almeno dieci miliardi di volte superiori a quelle che anche FCC potrebbe
testare. Il caso scientifico, secondo la Hossenfelder, per un prossimo
collisore è quindi attualmente scarso. Tuttavia non si può escludere che un
prossimo grande collisore faccia una scoperta rivoluzionaria. Alcuni fisici
sperano, ad esempio, che possa offrire indizi sulla natura della materia oscura
o dell’energia oscura.
Queste sono le speranze, ma non
sembra esserci, alcun motivo per cui le particelle che compongono la materia
oscura o l’energia oscura debbano apparire nella gamma di energia del nuovo
dispositivo. E questo presuppone che siano particelle, per le quali oggi non ci
sono prove.
Anche se fossero particelle,
inoltre, le collisioni altamente energetiche potrebbero non essere il modo
migliore per cercarle. Le particelle che interagiscono debolmente con piccole
masse, per esempio, non sono qualcosa che si cerca nei grandi collisori.
Esistono, spiega la Hossenfelder, tipi completamente diversi di esperimenti che
potrebbero portare a scoperte a costi molto più contenuti, come misurazioni di
alta precisione a basse energie o aumento delle masse di oggetti negli stati
quantistici. Andare alle energie più elevate non è l’unico modo per fare
progressi nella fisica; è solo il modo più costoso.
In questa situazione, i fisici
delle particelle dovrebbero concentrarsi sullo sviluppo di nuove tecnologie che
potrebbero riportare i collettori in una fascia di prezzo ragionevole invece di
scavare altre gallerie. La tecnologia più promettente in vista è un nuovo tipo
di accelerazione detta del “campo di scia” che potrebbe ridurre drasticamente
la distanza necessaria per accelerare le particelle e di conseguenza ridurre le
dimensioni delle macchine. Un’altra tecnologia rivoluzionaria sarebbe
costituita dai superconduttori a temperatura ambiente che potrebbero rendere i
potenti magneti su cui i collider si affidano più efficienti ed economici.
Esaminare queste nuove tecnologie
dovrebbe essere una delle priorità del CERN. Ma come rivela l’aggiornamento
della strategia, i fisici delle particelle non hanno preso in considerazione la
nuova realtà. La costruzione di grandi collisori di particelle ha fatto il suo
corso. Oggi ha uno scarso ritorno sugli investimenti scientifici e allo stesso
tempo quasi nessuna rilevanza per la società. I grandi progetti scientifici
tendono generalmente a favorire l’educazione e le infrastrutture, ma questo non
è specifico per i collettori di particelle. E se quegli effetti collaterali
sono ciò a cui siamo veramente interessati, allora dovremmo almeno investire i
nostri soldi nella ricerca scientifica con rilevanza per la società, scrive la
Hossenfelder.
Perché, ad esempio, non abbiamo
ancora un centro internazionale per le previsioni climatiche che secondo, le
stime attuali, costerebbe “solo” $ 1 miliardo distribuito su 10 anni? Sono
noccioline rispetto a ciò che la fisica delle particelle spende, ma molto più
importante. O perché, forse ti starai chiedendo visto cosa successo di recente,
non abbiamo un centro per la modellistica epidemica?
È perché troppi finanziamenti
scientifici sono erogati sulla base dell’inerzia. Nel secolo scorso, la fisica
delle particelle si è trasformata in una grande comunità molto influente e ben
collegata. Continueranno a costruire collettori di particelle più grandi il più
a lungo possibile, semplicemente perché è quello che fanno i fisici delle
particelle, che abbia un senso o meno. È giunto il momento che la società
adotti un approccio più illuminato per finanziare grandi progetti scientifici
piuttosto che continuare a dare soldi a coloro a cui hanno dato soldi finora.
Abbiamo problemi più grandi che misurare la cifra successiva sulla massa del
bosone di Higgs, conclude la Hossenfelder.
L’articolo della Hossenfelder
espone critiche sostanziali all’approccio del Cern e non ci resta che attendere
cosa ne pensano i diretti interessati.
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