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Guido Tonelli dal Cern di Ginevra a Foligno

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Guido Tonelli al Cern di Ginevra
Guido Tonelli al Cern di Ginevra

Guido Tonelli dal Cern di Ginevra a Foligno

 

di Marica Remoli

Un’impresa seguita da tutti con il fiato sospeso, spesso non capendo perfettamente cosa stesse accadendo al Cern di Ginevra e perché fosse così importante. Ma si aveva il sentore che là, sottoterra, in un tunnel di cui si stentava a comprendere il funzionamento, stesse avvenendo una svolta. Un evento scientifico entrato, come mai prima, nella vita di ogni normale cittadino, probabilmente anche nelle “conversazioni da bar”, mentre i media lanciavano nell’etere e scrivevano a caratteri cubitali sui giornali un appellativo – poco amato dai fisici – che ha creato non poco clamore: Particella di Dio. Non c’è dubbio che la scoperta più importante degli ultimi decenni per la fisica sia quella del bosone di Higgs. Anzi, una scoperta che gli stessi fisici nucleari non esitano a definire epocale.

Nella terza edizione di Festa di Scienza e Filosofia non poteva mancare una serie di conferenze dedicate alla fisica nucleare e, in particolar modo, alla particella regina degli ultimi mesi, il bosone di Higgs, che ha risposto, per ora, a una sola ma importantissima domanda della fisica e ha aperto uno scenario tutto da esplorare per la ricerca scientifica. Tra le conferenze più attese del prossimo maggio, dunque, c’è “La scoperta del bosone di Higgs ad LHC ed il suo impatto sulla nostra visione dell’universo”. Cosa ancor più importante è che a parlarne sarà proprio uno dei protagonisti della scoperta: Guido Tonelli.

Tonelli, fisico dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è stato coordinatore del gruppo sperimentale di ricerca CMS che, insieme all’esperimento ATLAS, guidato da Fabiola Gianotti, il 13 dicembre 2011, ha presentato al Cern i primi dati sulla rilevazione del bosone di Higgs. I dati sulle caratteristiche del bosone di Higgs sono tuttora incompleti, ma la sua scoperta è stata ufficialmente confermata lo scorso 6 marzo durante una conferenza tenuta dai fisici del Cern a La Thuile. Il contributo di Guido Tonelli alla ricerca e scoperta della “particella mancante” è di inestimabile valore; ha dedicato gran parte della sua vita professionale a questa ricerca, a partire dal 1993, quando ha iniziato a contribuire all’ideazione e costruzione dell’esperimento CMS. In quegli anni il progetto di ricerca era ancora in fase embrionale, infatti, appena 5 anni prima, tra il 1986 e il 1987, era iniziata la progettazione del Large Hadron Collider (LHC) al Cern, l’acceleratore di particelle destinato a compiere la grande impresa, anche questo messo a punto da un italiano, l’ingegnere Giorgio Brianti, che disegnò il primo progetto del macchinario. Tonelli ha avviato e progettato a tutti gli effetti l’esperimento ed è stato portavoce internazionale dell’esperimento CMS nel 2010 e 2011 e, in questa veste, ha presentato la prima evidenza della presenza del bosone di Higgs nei dati di LHC ad una massa di 125GeV. La caccia al bosone di Higgs è stata davvero entusiasmante per gli scienziati del Cern; la scoperta della particella, è stata effettuata dai due esperimenti separati che impiegavano tecnologie: CMS, coordinato da Tonelli e ATLAS, coordinato da Fabiola Gianotti.

La ricerca del bosone di Higgs ha del grandioso, innanzi tutto per essere stata avviata nel laboratorio di punta a livello mondiale nel campo della fisica. Il Cern, nato nel 1954 come Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, oggi conta 20 Stati membri. L’Italia ne è il secondo finanziatore e gli scienziati italiani costituiscono la seconda comunità del laboratorio. Molti sono giovani con dottorati di ricerca, altri scienziati permanenti, altri ancora veterani che hanno speso decenni della lorovita professionale in questi laboratori dedicandosi alla ricerca in fisica delle alte energie. Importantissimi i successi scientifici ottenuti dagli anni ’70 a oggi: la scoperta della corrente neutra, dei bosoni W e Z, fatta da Carlo Rubbia e per la quale gli è stato assegnato il premio Nobel, la creazione di atomi di anti-idrogeno, l’invenzione e sviluppo dei rivelatori di particelle che hanno reso possibile, nel 2012, la scoperta del bosone di Higgs.

L'acceleratore di particelle LHC
L’acceleratore di particelle LHC

Un centro di ricerca europeo legato a doppio filo con la ricerca italiana. Fu proprio nei Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto nazionale di fisica nucleare che venne realizzato il primo acceleratore di particelle. Era il 1960 e il fisico austriaco Bruno Touschek inventò l’Anello di accumulazione. Uno strumento di piccole dimensioni, la cui invenzione gettò le basi per la progettazione e costruzione dell’imponente LHC, uno strumento da record: è la macchina più grande mai costruita nella storia dell’umanità, uno dei posti più freddi della Galassia, uno dei più caldi dell’Universo e uno dei più vuoti del Sistema Solare. Situato nei pressi di Ginevra, in un tunnel 100 metri sottoterra tra il confine franco-svizzero, è un anello di 27 chilometri di altissima tecnologia. Tanti gli ingegneri e le aziende internazionali che hanno lavorato alla progettazione dei suoi componenti, tutti ideati e realizzati ad hoc. Le ricerche del bosone di Higgs, dunque, non rappresentano un successo esclusivamente per la fisica nucleare, perché, per realizzarsi, hanno innescato un meccanismo di continuo studio e avanzamento tecnologico anche nell’ambito ingegneristico e industriale. Anche alcune aziende italiane hanno realizzato dei componenti raffinatissimi dell’acceleratore, mai creati prima. Da quando è iniziata la progettazione tra il 1986 e il 1987, LHC è entrato in funzione nel 2010, sebbene le prime previsioni, purtroppo irrealistiche, volessero la messa in opera dello strumento tra il ’95 e il ’96.

Collisione tra particelle registrata da CMS
Collisione tra particelle registrata da CMS

Ma come funziona l’LHC? È una macchina attraverso la quale si va    indietro nel tempo, cercando di ricreare le condizioni verificatesi qualche frazione di secondo dopo il Big Bang, l’esplosione che ha dato vita all’universo 14 o più miliardi di anni fa. Al suo interno vengono lanciati a una velocità vicina a quella della luce dei fasci di protoni, con lo scopo di registrare e osservare i fenomeni realizzati dalla collisione di queste particelle attraverso sensibilissime macchine fotografiche. Dallo scontro di particelle è stato ricreato in laboratorio, per la prima volta, proprio l’attimo in cui si è originato l’universo, quando, grazie al campo di Higgs, l’energia delle particelle in movimento generata dall’esplosione, si è convertita in massa. LHC, dunque, è importante proprio perché le collisioni ad altissima energia dei fasci di protoni permettono di produrre condizioni simili a quelle dell’universo primordiale. E, permettendo di cercare nuove particelle sfuggite finora a tutte le ricerche, questo strumento può dare tante risposte sull’origine dell’universo, sulla sua evoluzione e composizione. Nel caso dell’osservazione del bosone di Higgs, fenomeno rarissimo che si verifica ogni 10mila miliardi di collisioni tra particelle, i ricercatori del Cern hanno scoperto che è questa la particella e il campo di forza che conferisce materia alle particelle elementari. In definitiva, il bosone di Higgs ha un ruolo speciale nella costituzione del mondo così come lo conosciamo. Attribuendo una precisa massa alle particelle standard, contribuisce alla formazione degli atomi e, quindi, rende possibile l’esistenza del creato. Potremmo, quindi, dire che determina l’architettura base della natura.

Per ora LHC è in fase di restyling e resterà fermo fino al 2015, al fine di incrementare la sua potenza. Si spera che saranno molte le domande che troveranno risposta, a partire da quelle sulla natura della materia e dell’energia oscura, sulla simmetria tra materia e antimateria nell’universo. Del resto, finora, si è solo scoperta la composizione del 4% del nostro universo. Ma, soprattutto, dopo la scoperta del Bosone di Higgs, che cosa sappiano in più rispetto a qualche anno fa sull’universo, sulla vita? Una domanda a cui darà risposta Guido Tonelli alla prossima Festa di Scienza e Filosofia, in programma a Foligno dal 2 al 5 maggio.

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