L’acceleratore LHC, presso i laboratori del Cern di Ginevra, finalmente è entrato in funzione lo scorso novembre, dopo un lungo periodo di attesa degli addetti ai lavori, ma anche di un più vasto pubblico. Diversi sono gli esperimenti che aspettano i dati dei rivelatori posti nei punti di collisione del grande tunnel circolare, che nell’attuale fase preliminare necessaria al raggiungimento delle condizioni di regime della macchina si sta comportando in modo soddisfacente.
In questo momento favorevole per la fisica è interessante incontrare scienziati direttamente implicati nella fisica delle particelle elementari, come Martine Bosman che riveste un ruolo di responsabilità all’interno del progetto ATLAS, collaborandovi presso l’Istituto di Fisica delle Alte Energie nell’Università Autonoma di Barcellona.
Professoressa Bosman, che cosa la affascina del fare fisica e, in particolare, fisica delle particelle? Come ha deciso di occuparsi di questo campo?
Ciò che è affascinante è capire quali sono le leggi più fondamentali della fisica e quali sono le particelle elementari a partire dalle quali si può capire la formazione dell’Universo, o la formazione di strutture di materia più complesse. Dapprima mi interessai all’astronomia per via di alcuni libri che avevamo in casa. Questo mi fece pensare di studiare fisica. Poi quando fai un lavoro sperimentale, lo fai nel contesto della ricerca che si fa nella tua università. Per me il contesto fu la fisica nucleare, fino ad arrivare al CERN con una borsa di studio. Là scoprii la fisica delle particelle, campo in cui da allora lavoro seguendo la sua evoluzione.
Perché proprio LHC e in particolare l’esperimento ATLAS?
Il nuovo collisionatore LHC, accelera e fa collidere protoni a energie molto alte. Sta aprendo una nuova frontiera nella fisica. Più alta è l’energia, maggiore è la massa delle particelle che si producono nelle collisioni. Come il bosone di Higgs, il pezzo mancante nel Modello Standard, se davvero è il modello che descrive correttamente la fisica delle particelle. In particolare, una questione non risolta nel modello attuale è l’interrogativo su quale sia l’origine della massa delle particelle. Conosciamo tre famiglie di particelle elementari, chiamate anche “generazioni”, che presentano proprietà simili ma con masse drammaticamente distinte.
Perché si verifica questa ripetizione delle stesse proprietà e perché sono tre le generazioni?
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La scoperta dell’esistenza del bosone di Higgs darebbe alcune risposte a queste domande. O, al contrario, se si provasse che non esiste, scopriremmo qualcosa di inaspettato che ci obbligherebbe a cambiare la nostra visione della fisica.
Perché ATLAS?
ATLAS è uno dei due rivelatori progettati per ottenere lo spettro più ampio di nuovi fenomeni, spingendo al limite la tecnica oggi disponibile. Sono stati necessari molti anni di preparazione, sviluppo delle tecniche di rivelazione, simulazioni di processi fisici che si vogliono poter rivelare ecc. Tali rivelatori sono molto grandi e complessi. Si iniziò ad abbozzare le loro caratteristiche già vent’anni fa. Gli studenti di oggi giungono in un momento privilegiato, in cui si potranno produrre cambiamenti significativi.
Qual è la sua reazione alle prime collisioni e come vede questa prima fase di funzionamento dell’esperimento? Cosa si aspetta dai prossimi mesi di raccolta dati?
C’è una fase di “messa in marcia” per arrivare ad accelerare i protoni all’energia desiderata. Inoltre i fasci di protoni devono essere molto “intensi”, cioè devono circolare molti protoni nell’anello e contemporaneamente si deve poter focalizzare gli assi in dimensioni molto piccole per massimizzare la probabilità che i protoni si scontrino tra loro. Per ottenere tutto questo c’è bisogno di tempo. Inoltre i rivelatori, composti da molti elementi distinti, devono funzionare come insieme: è necessario che i diversi sottosistemi operino in fase nel tempo con alta precisione, si deve conoscere anche l’esatta posizione nello spazio di tutti gli elementi, si deve calibrare la risposta in energia di ciascun elemento.
Questo si fa in gran parte mediante particelle o processi già noti che servono da riferimento. È necessario del tempo anche per raccogliere una quantità di dati sufficiente. Per prima cosa vogliamo “riscoprire” con i nuovi rivelatori tutti i fenomeni e le particelle già conosciute, come i bosoni W e Z, o il quark top che è il più pesante. A quel punto si metterà a punto la conoscenza del nostro rivelatore in modo da poter essere capaci di rivelare fenomeni, più rari, di nuova fisica. Tutto questo può durare mesi o anni. Se la nuova fisica comporta particelle di massa molto elevata richiederà più tempo, perché la probabilità di produrle è minore e perché è difficile distinguerle dal groviglio di particelle più leggere che si producono allo stesso tempo in grandi quantità.
A livello più personale, cosa sostiene l’entusiasmo della ricerca giorno per giorno?
La “curiosità scientifica”, credo. Non ci si stanca di farsi queste domande così fondamentali sull’essenza del nostro mondo.
Perché, secondo lei, vale la pena “impegnare la vita” per la ricerca scientifica?
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Ci vuole molto sforzo e molta pazienza. E il risultato non è mai garantito quando si cercano fenomeni nuovi che sono stati solo predetti dalla teoria: non si può essere completamente sicuri della loro esistenza fino a quando non vengono rivelati. Oggi la ricerca sperimentale si può realizzare solo come collaborazione tra molti ricercatori, istituti, paesi. Si deve guardare ai progressi nel loro insieme e riconoscere l’importanza di apportare un contributo che in sé è solo una piccola parte, ma che inserito nella totalità permette grandi avanzamenti. Facendo parte di una grande avventura, si sentono i guadagni, i contrattempi e i progressi, un po’ come propri. Ci sono momenti in cui la scienza progredisce di colpo e altri in cui non è così. In ogni tappa si cerca di superare ciò che si è fatto nella fase precedente e bisogna contribuire come si può nella epoca in cui si è. Però in questo momento tutti speriamo che ci tocchi di vivere una piccola rivoluzione!
Nella scienza ogni volta che scopre qualcosa si aprono nuovi interrogativi che spingono a cercare più in là. Perché si vuole sempre sapere di più, pur sapendo che non si arriverà mai a conoscere tutto?
Bisogna assumere che i nostri strumenti ci permettano di fare misure con sempre maggior precisione, come se guardassimo in un microscopio sempre più potente. Ma appena si scopre un nuovo fenomeno, si apre la possibilità che ne esistano altri oggi non accessibili e che potremo vedere solo dopo molto tempo. Cercare sempre “più in là” fa parte della natura umana, così come progredire nella conoscenza sperimentale delle leggi fisiche, verificando predizioni (come l’esistenza o meno dell’Higgs) o magari scoprendo che ipotesi che superano la nostra percezione delle cose sono le più corrette, come la scoperta dell’esistenza di “altre dimensioni” oltre alle tre dimensioni note dello spazio. Sappiamo inoltre che i progressi scientifici portano benefici alla società, così che non si tratta solo di pura soddisfazione intellettuale. Con il tempo l’investigazione porta innovazione ed è il seme che poi sfocia in rivoluzioni tecnologiche.
(a cura di Maria Chiara Conidi)