Il più grande laboratorio di fisica nucleare al mondo spegne 70 candeline ed è ancora uno dei più importanti simboli di eccellenza e collaborazione
Simbolo di eccellenza e di collaborazione, il Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare, meglio conosciuto come CERN, compie 70 anni. Oggi diventato “Organizzazione europeo per la ricerca nucleare”, il CERN ha mantenuto la sua sigla ed è ancora oggi il più grande laboratorio di fisica nucleare al mondo, nato per studiare le particelle elementari che sono il minuscolo strumento attraverso cui l’uomo spera di arrivare a comprendere ciò che di più grande possiamo immaginare: la materia oscura che domina l’evoluzione dell’Universo.
Come si evince direttamente dal sito ufficiale, infatti, “l’obiettivo principale del CERN è la fisica delle particelle, ovvero lo studio dei costituenti fondamentali della materia, ma il programma di fisica del laboratorio è molto più ampio e spazia dalla fisica nucleare a quella delle alte energie, dagli studi sull’antimateria ai possibili effetti dei raggi cosmici sulle nuvole”.
Il CERN è nato il 29 settembre del 1954, alla fine della Seconda guerra mondiale, dalla firma di 12 Stati europei (Belgio, Danimarca, Francia, Germania, Grecia, Italia, Iugoslavia – che esce nel 1961 – Norvegia, Regno Unito, Paesi Bassi, Svezia, Svizzera). Oggi gli Stati membri sono 24 (aggiunti a posteriori: Austria, Spagna, Portogallo, Finlandia, Polonia, Ungheria, Repubblica Ceca, Repubblica Slovacca, Bulgaria), ci sono 11 Stati associati e un budget annuale di base di 7 miliardi. Per parlare di numeri, lo staff del CERN è composto da 2.400 persone ed il laboratorio svizzero è il punto di riferimento per oltre 17mila persone di oltre 110 nazionalità.
Il momento storico in cui il CERN è stato fondato è significativo. La Seconda guerra mondiale si era conclusa con l’esplosione nucleare di Hiroshima e Nagasaki e il timore che il nucleare aveva lasciato nell’opinione pubblica a livello globale aveva una portata enorme. Lo spirito che portò dunque alla fondazione del Consiglio Europeo per la Ricerca Nucleare fu duplice: da un lato si desiderava costruire in Europa un polo di eccellenza scientifica capace di competere con gli Stati Uniti, come spiegato dall’ex direttore del CERN Herwig Schopper; e dall’altro era importante spingere alla collaborazione Paesi che fino a qualche anno prima erano in guerra tra loro. Non stupisce o non dovrebbe dunque che la città prescelta per diventare sede del CERN fosse Ginevra: la Svizzera era rimasta neutrale e la sua diplomazia giocò un ruolo fondamentale negli anni della Guerra Fredda.
Il primo Segretario generale del CERN fu un italiano, Edoardo Amaldi, fisico del gruppo di Enrico Fermi. Amaldi – simbolo di rinascita per la Fisica italiana – fondò anche l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e fu uno dei maggiori sostenitori dell’Esa, l’Agenzia spaziale europea. Per tutta la sua vita fu impegnato nella fondazione di strutture di fisica internazionali, a largo raggio in tutta Europa e che potessero avere una gestione condivisa, proprio per rinforzare nel segno della Fisica rapporti diplomatici che durante il 900 si erano sgretolati.
Lo scopo del CERN è fornire ai ricercatori tutti gli strumenti necessari per la ricerca nel campo della fisica delle alte energie. Parliamo fondamentalmente degli acceleratori, che accelerano le particelle fino a energie molto elevate, i rilevatori, i quali permettono di vedere e scoprire nuove particelle che si creano durante le collisioni.
La struttura del CERN
Entriamo nello specifico della struttura del CERN. Il complesso degli acceleratori comprende sei strutture principali: due acceleratori lineari noti come Linac2 e Linac3, che generano particelle a basse energie in seguito immesse nel PS Booster; il PS Booster, appunto, che aumenta l’energie delle particelle generate dagli acceleratori lineari prima di iniettarle negli acceleratori successivi, e il Proton Synchroton da 28 GeV. Ma le due macchine fondamentali sono il Super Proton Synchroton, acceleratore circolare che conta 7 chilometri di diametro, e il Large Electron-Positron Collider, il LEP, che è stato costruito in un tunnel circolare sotterraneo di 27 chilometri. Il SPS ha un proprio fascio per esperimenti a bersaglio fisso e ha funzionato come collisionatore di protone-antiprotone e per accelerare elettroni e positroni, che venivano poi iniettati nel Large Electron Positron Collider. Il LEP è stato fondamentale per la scoperta del bosone di Higgs.
Infine, c’è l’ISOLDE, l’Isotope Separator On-Line, usato per studiare nuclei instabili di isotopi molto pesanti.
Attualmente al CERN è operativo il più potente acceleratore di particelle al mondo, il Large Hadron Collider (LHC), e si sta già lavorando al progetto High Luminosity LHC, la cui entrata in funzione è prevista nel 2029, e al successivo Future Circular Collider. L’FCC segna un passo avanti incredibile perché nella ricerca scientifica la verità è spesso rappresentata come una matrioska e ogni grande scoperta apre a nuovi interrogativi; il bosone di Higgs per esempio è l’ultimo pezzo di un puzzle del “modello standard” delle particelle ma non risponde al quesito originale posto agli scienziati, vale a dire la supersimmetria che agisce nel mondo sub nucleare. L’FCC apre uno spiraglio in questo senso: si tratta di un anello da 91 chilometri circa di lunghezza che si trova sottoterra fra Francia e Svizzera e che dovrebbe entrare in funzione nel 2070 con costi miliardari ma che è molto più potente del già citato LHC e che dunque potrebbe aiutare a scoprire la proprietà fondamentale delle particelle subatomiche.
Un acceleratore, infatti, serve a produrre delle “catastrofi microscopiche”, dalla cui analisi si capisce cosa è successo e se è apparsa qualche particella o reazione che non si conosceva ancora. (Gli scontri vengono così fatti: fasci di particelle elementari, protoni, delle dimensioni dei milionesimi di miliardesimo di metro, praticamente lo spessore di un filo da cucito rispetto alla distanza Terra-Sole, vengono accelerati da magneti grandi come una casa di più piani e fatti sbattere alla velocità della luce su bersagli prefissati).
Un’ulteriore specifica: il “modello standard” citato è un’elegante serie di equazioni che i fisici delle particelle usano dagli anni ’70 per descrivere come tutto ciò che viene osservato nell’universo sia costituito da pochi blocchi di base chiamati particelle fondamentali, governati da quattro forze”. I fisici del CERN usano acceleratori e rilevatori di particelle – i più potenti al mondo – proprio per testare le previsioni e i limiti del modello standard.
Le scoperte del CERN
Il CERN ha trasformato il panorama della fisica mondiale e ha influenzato in modo decisivo il progresso della conoscenza umana e della tecnologia, andando a rispondere brillantemente ad alcune delle domande più complesse e fondamentali sul nostro universo. I risultati raggiunti sono stati tanti ma alcune scoperte avvenute proprio in questo luogo hanno ampliato la comprensione umana delle particelle elementari e delle leggi fondamentali della natura e hanno condotto ad invenzioni in grado di cambiare vite.
Partiamo da Carlo Rubbia e Simon Van der Meer che hanno scoperto le particelle mediatrici della forza debole, i bosoni W e Z, che gli sono valsi il Nobel.
Poi Tim Berners-Lee per l’invenzione nel 1989 del World Wide Web, che in primo momento purtroppo non si pensò di brevettare.
Georges Charpak ha sviluppato al CERN un rivoluzionario rivelatore di particelle, che gli è valso il Nobel nel 1992.
E nel 2012 Peter Higgs ha scoperto quello che è stato poi denominato “bosone di Higgs” che ha dimostrato l’esistenza del meccanismo di Brout-Englert-Higgs: nel 2013 per questo Higgs e Englert hanno vinto il Nobel.
Grazie anche all’interesse dei media, il bosone di Higgs è stata la scoperta scientifica più nota avvenuta al CERN: Higgs ha individuato il “pezzo mancante” nel “modello standard” che descrive le particelle elementari. Si tratta di una particella praticamente inafferrabile che è in realtà una proprietà dell’universo microscopico, che permette alle altre particelle di avere una massa, per quanto piccola.
In generale comunque le scoperte anche più piccole fatte a Ginevra hanno permesso uno sviluppo della Fisica Nucleare mondiale così importante e significativo che lo stesso libretto che elenca tutte le particelle elementari note è passato da qualche decina di pagine degli anni ‘60 alle centinaia odierne.
Il lavoro del CERN è ovviamente continuamente in evoluzione, anche perché come abbiamo visto ogni scoperta nella Fisica apre nuove porte a dubbi e interrogativi. Il Modello Standard su cui i fisici si basano per dare risposta alle grandi domande sull’universo descrive dello stesso solo il 4%: “vedremo un’unificazione delle forze alle alte energie del Large Hadron Collider (LHC)? Perché la gravità è così debole? Perché c’è più materia che antimateria nell’universo? C’è più fisica esotica in attesa di essere scoperta a energie più elevate? Scopriremo prove di una teoria chiamata supersimmetria al LHC? O capiremo il bosone di Higgs che dà massa alle particelle?” queste e molte altre sono le domande che ogni giorno affollano le menti degli scienziati del CERN e di tutto il mondo.
A noi non resta che alzare lo sguardo al cielo e stupirci della magnificenza dell’universo, in paziente attesa che lo stesso ci venga svelato.
di: Micaela FERRARO
FOTO: SHUTTERSTOCK/ANSA
