Il futuro post-Lhc: le proposte per il nuovo acceleratore

Il futuro post-Lhc: le proposte per il nuovo acceleratore

Indice

1. Introduzione: una nuova era per la fisica delle particelle
2. Il Large Hadron Collider verso la pensione
3. Il potenziamento dell’Lhc nel 2026: obiettivi e scenari
4. Le proposte per il successore: il panorama internazionale
5. Il Future Circular Collider: origini e obiettivi
6. Caratteristiche tecniche dell’Fcc
7. Costi e sfide economiche dell'Fcc
8. Il ruolo dell’Italia nel nuovo acceleratore al Cern
9. Impatto scientifico atteso e sfide per il futuro
10. Conclusioni: verso un nuovo capitolo della ricerca fondamentale

1. Introduzione: una nuova era per la fisica delle particelle

La fisica delle particelle è ad un punto di svolta. L’atteso pensionamento del Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra, previsto per il 2041, spinge la comunità scientifica a interrogarsi sul futuro della ricerca fondamentale. Con il contributo attivo dell’Italia, tramite l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), sono allo studio diverse proposte per costruire un nuovo acceleratore di particelle in grado di proseguire ed espandere la missione dell’Lhc. Tra queste, il Future Circular Collider (Fcc) emerge come una delle soluzioni più ambiziose, sia dal punto di vista tecnologico che scientifico.

La necessità di un nuovo acceleratore nasce dalla volontà di esplorare i limiti della fisica conosciuta e di rispondere a interrogativi ancora irrisolti sull’universo. Gli esperimenti condotti con l’Lhc hanno permesso, tra le altre cose, la scoperta del bosone di Higgs, ma molte questioni fondamentali attendono ancora risposta. Da qui l’urgenza di pianificare il futuro.

2. Il Large Hadron Collider verso la pensione

Il Large Hadron Collider, entrato in funzione nel 2008, è attualmente il maggiore acceleratore di particelle al mondo. Con una circonferenza di 27 chilometri, sepolto a circa 100 metri sotto terra tra la Svizzera e la Francia, rappresenta una pietra miliare nella storia della ricerca scientifica. L’Lhc ha ridefinito la conoscenza della materia, accelerando le particelle quasi alla velocità della luce e permettendo collisioni ad energie mai raggiunte prima.

Nel corso degli anni, il successo dell'Lhc si misura sia nella mole immensa di dati raccolti sia nelle collaborazioni internazionali che ha saputo generare. Attualmente, migliaia di scienziati da tutto il mondo lavorano sugli esperimenti dell’Lhc, con un’importante partecipazione italiana. Tuttavia, come tutte le grandi infrastrutture scientifiche, anche l’Lhc ha una vita operativa limitata. Secondo il cronoprogramma, andrà in pensione nel 2041, lasciando un’eredità straordinaria ma richiedendo anche strumenti nuovi e più potenti per proseguire la ricerca.

3. Il potenziamento dell’Lhc nel 2026: obiettivi e scenari

Prima di giungere alla sua dismissione, l’Lhc conoscerà nel 2026 un ulteriore potenziamento tecnologico, noto come High-Luminosity Lhc (HL-Lhc). Questo aggiornamento, che durerà circa tre anni, rappresenta un passaggio cruciale per aumentare la luminosità delle collisioni, e quindi la quantità di dati raccolti prima della chiusura dell’acceleratore.

I principali obiettivi del potenziamento HL-Lhc

• Raddoppiare la quantità di dati
• Migliorare la precisione delle misure sulle particelle note
• Cercare segnali di nuova fisica, come supersimmetria o materia oscura

Durante questo periodo, l'Lhc rimarrà fermo per consentire l’installazione dei nuovi dispositivi. Questo rallentamento temporaneo sarà, tuttavia, compensato dai risultati potenzialmente rivoluzionari che questo potenziamento potrà offrire. La comunità internazionale, Italia inclusa, è chiamata a prepararsi a questa fase, valutando le opportunità e le difficoltà operative.

4. Le proposte per il successore: il panorama internazionale

Il dibattito sulle proposte per il nuovo acceleratore di particelle del Cern è aperto e ricco di suggerimenti che riflettono sia l’ambizione scientifica che il contesto economico e geopolitico. Diversi progetti sono stati sottoposti allo studio degli esperti del Cern, e la scelta finale avrà ripercussioni dirette non solo sulla fisica delle particelle, ma anche sulla tecnologia, la formazione e l’innovazione nei prossimi decenni.

Oltre al Future Circular Collider, tra i progetti concorrenti troviamo:

• Compact Linear Collider (CLIC): un acceleratore lineare innovativo
• International Linear Collider (ILC): progetto particolarmente seguito in Asia
• Acceleratori regionali e specializzati su specifiche ricerche

Tuttavia, la proposta del Future Circular Collider sembra godere di un favore crescente nella comunità scientifica. Grazie alle sue caratteristiche tecniche e alla possibilità di ospitare esperimenti a energie mai raggiunte prima, l’Fcc appare come il naturale successore dell’Lhc.

5. Il Future Circular Collider: origini e obiettivi

Il Future Circular Collider (Fcc) è il progetto che ha suscitato il maggiore interesse tra le proposte per il nuovo acceleratore del Cern. Pensato come un enorme anello sotterraneo di circa 90 chilometri di circonferenza (oltre tre volte quella dell’attuale Lhc), l’Fcc rappresenta una vera e propria rivoluzione in termini di scala, ambizioni e potenzialità scientifiche.

Gli obiettivi dell’Fcc sono molteplici:

• Aumentare notevolmente l’energia delle collisioni
• Migliorare la precisione e la quantità di dati prodotti
• Consentire la ricerca di nuove particelle e forze fondamentali
• Esplorare il confine tra fisica nota e ignota

La fase preliminare dell’Fcc prevede una dettagliata analisi di fattibilità, la valutazione dell’impatto ambientale e l’organizzazione dei finanziamenti. Il Cern, in collaborazione con una vasta rete di enti nazionali (tra cui l’Infn per l’Italia), punta a trasformare l’Fcc in un’infrastruttura strategica per l’intera Europa.

6. Caratteristiche tecniche dell’Fcc

L’aspetto tecnico è uno dei punti di forza della proposta Future Circular Collider. Se l’Lhc ha rivoluzionato la fisica grazie alle sue energie estreme, l’Fcc promette di superarlo di gran lunga:

• Circonferenza: circa 90 chilometri (molto più grande dell’Lhc)
• Tipologia: progettato sia per collisioni protone-protone che elettrone-positrone
• Energia: collisioni fino a 100 TeV (teraelettronvolt), mentre l’Lhc raggiunge i 14 TeV
• Nuove tecnologie per i magneti superconduttori, sistemi di raffreddamento e rivelatori

Queste caratteristiche rendono l’Fcc l’acceleratore con il maggiore potenziale di esplorazione della fisica fondamentale della prossima generazione. Non solo: la grandezza dell’anello offre spazio sufficiente per ospitare futuri aggiornamenti tecnologici e nuovi esperimenti nel corso dei decenni.

7. Costi e sfide economiche dell’Fcc

La realizzazione dell’Fcc comporta un impegno economico imponente. Il costo stimato per la prima fase dell’Fcc si aggira intorno ai 15 miliardi di franchi svizzeri. Questa cifra copre la costruzione dell’infrastruttura principale, i sistemi tecnologici avanzati e le prime fasi degli esperimenti.

Non si tratta soltanto di una spesa, ma di un investimento strategico per la scienza europea, con ricadute attese in numerosi settori:

1. Innovazione tecnologica nei materiali, nell’informatica e nell’ingegneria
2. Formazione avanzata per migliaia di ricercatori e tecnologi
3. Collaborazioni industriali ad alto valore aggiunto

Le risorse economiche dovranno essere garantite attraverso un’ampia partecipazione internazionale, con forte coinvolgimento degli Stati membri del Cern e l’impegno dell’Unione Europea. Il dibattito sulla sostenibilità e sull’opportunità dell’Fcc prosegue in parallelo con la discussione tra addetti ai lavori e opinione pubblica.

8. Il ruolo dell’Italia nel nuovo acceleratore al Cern

L’Italia rappresenta uno degli attori principali nel progetto del nuovo acceleratore di particelle Cern. Da sempre protagonista negli esperimenti al Cern e nella costruzione dell’Lhc, il nostro Paese partecipa tramite l’Infn sia alla progettazione sia al futuro sviluppo dell’Fcc.

Il contributo italiano si articola su più livelli:

• Progettazione e realizzazione dei magneti superconduttori per l’Fcc
• Sviluppo dei sistemi di rivelazione di nuova generazione
• Supporto italiano a livello finanziario e istituzionale

Oltre all’aspetto tecnologico, l’Italia investe anche nella formazione dei giovani ricercatori, fornendo personale altamente qualificato e partecipando alla definizione delle strategie a livello europeo. Questa sinergia tra ricerca fondamentale e scienza applicata rappresenta uno dei punti di forza dell’intervento italiano nel futuro della fisica delle particelle.

9. Impatto scientifico atteso e sfide per il futuro

Il futuro della fisica fondamentale dipende in larga misura dalla possibilità di disporre di acceleratori sempre più potenti. L’Fcc, in questo senso, promette di:

• Aprire la strada a nuove scoperte sulla struttura della materia
• Studiare la natura della materia oscura e dell’energia oscura
• Esplorare i misteri della simmetria tra materia e antimateria
• Testare nuove teorie oltre il Modello Standard

Le sfide però non sono poche. Dal punto di vista tecnologico, è necessario sviluppare nuovi materiali in grado di sopportare condizioni estreme. La complessità dei dati richiederà sistemi di calcolo avanzatissimi in grado di gestire quantità immense di informazioni in tempo reale.

A livello sociale ed etico, il progetto solleva il tema degli investimenti nella ricerca fondamentale e delle loro ricadute sulla società. Occorrerà comunicare al pubblico l’importanza del sostegno alla scienza di base, che spesso porta a innovazioni tecnologiche di ampio respiro.

10. Conclusioni: verso un nuovo capitolo della ricerca fondamentale

Il percorso che porterà dalla fine dell’Lhc all’eventuale costruzione del Future Circular Collider rappresenta una grande sfida scientifica, tecnologica, economica e sociale. L’Italia, insieme al Cern e ai partner internazionali, è chiamata a giocare un ruolo di primo piano nella definizione delle strategie e nella realizzazione del nuovo acceleratore.

Le proposte per il successore dell’Lhc aprono un orizzonte inedito non solo per la fisica delle particelle, ma per l’intera scienza europea. Il Future Circular Collider, con le sue impressionanti caratteristiche tecniche, il costo stimato e l’enorme potenziale di impatto, potrebbe non solo raccogliere l’eredità dell’Lhc, ma ridefinire una volta ancora i confini della conoscenza umana.