Miliardi di finanziamenti per l’High Luminosity LHC

Al CERN un passo avanti verso il super collider. Il consiglio della prestigiosa organizzazione europea di fisica delle particelle ha approvato un progetto da 21 miliardi di euro per un nuovo acceleratore circolare di 100 chilometri con cui proseguire il programma di ricerca del Large Hadron Collider in un dominio di energie ancora più elevato. Il CERN ha compiuto un passo importante verso la costruzione di un super-collider circolare di 100 chilometri per spingere più in là la frontiera della fisica delle alte energie.

La decisione è stata sottoscritta all’unanimità dal Consiglio del CERN il 19 giugno, dopo l’approvazione del piano da parte di un comitato indipendente a marzo. La prestigiosa organizzazione europea di fisica delle particelle avrà bisogno di un aiuto globale per finanziare il progetto, che dovrebbe costare almeno 21 miliardi di euro e costituirebbe il proseguimento del famoso Large Hadron Collider del CERN. Entro la metà del secolo, la nuova macchina farà collidere gli elettroni con i loro partner di antimateria, i positroni. Il progetto, che sarà realizzato in un tunnel sotterraneo vicino alla sede del CERN a Ginevra, in Svizzera, permetterà ai fisici di studiare le proprietà del bosone di Higgs e, in seguito, di ospitare una macchina ancora più potente che farà collidere tra loro i protoni e che durerà fino alla seconda metà del secolo.

Non si tratta ancora di un via libera definitivo. Ma significa che il CERN può ora impegnarsi a fondo nella progettazione di un collider e nella ricerca della sua fattibilità, spingendo al contempo verso la ricerca e lo sviluppo di progetti alternativi per i follow–up di LHC, come un collisore lineare di elettroni e positroni o un acceleratore di muoni. “Penso che sia una giornata storica per il CERN e la fisica delle particelle, in Europa e non solo”, ha dichiarato il direttore generale del CERN Fabiola Gianotti al consiglio dopo la votazione.

Questo è “chiaramente una svolta” per il laboratorio, dice l’ex direttore generale del CERN Chris Llewellyn-Smith. Fino a oggi erano sul tavolo diverse altre opzioni per un collisore di prossima generazione, ma il Consiglio del CERN ha ora fatto una dichiarazione univoca e unanime.

“Questo è un passo importante, per far dire ai paesi europei ‘Sì, questo è quello che vorremmo che accadesse'”, dice Llewellyn-Smith, fisico dell’Università di Oxford, in Regno Unito.

Due fasi

La decisione è contenuta in un documento approvato il 19 giugno, denominato European Strategy for Particle Physics Update. Esso delinea due fasi di sviluppo. Innanzitutto, il CERN costruirà un collisore di elettroni e positroni con energie di collisione calibrate per massimizzare la produzione dei bosoni di Higgs e comprenderne le proprietà in dettaglio.

In seguito, la prima macchina verrebbe smantellata e sostituita da uno collisore protoni-protoni. Questo raggiungerebbe energie di collisione di 100 teraelettronvolt (TeV), rispetto ai 16 TeV di LHC, che fa collidere anche i protoni ed è attualmente il più potente acceleratore al mondo. Il suo obiettivo sarebbe cercare nuove particelle o forze della natura e di estendere o sostituire l’attuale modello standard della fisica delle particelle. Gran parte della tecnologia richiesta dalla macchina finale deve ancora essere sviluppata, e sarà oggetto di studio intensivo nei prossimi decenni.

“Si tratta di una strategia molto ambiziosa, che delinea un futuro brillante per l’Europa e per il CERN, con un approccio prudente e in diverse fasi”, ha dichiarato Gianotti.

“Penso che questa sia certamente la direzione giusta da seguire”, dice Yifang Wang, che dirige l’Istituto di fisica delle alte energie (IHEP) dell’Accademia cinese delle scienze di Pechino. La nuova macchina proposta dal CERN è simile per concezione a una proposta che Wang ha avanzato per un collisore cinese, sulla scia della scoperta del bosone di Higgs da parte di LHC nel 2012. Così come la strategia ora ufficiale del CERN, anche la proposta di Wang prevedeva la possibilità di ospitare un collisore di protoni in una seconda fase, seguendo il modello di LHC (l’anello LHC di 27 chilometri occupa il tunnel che negli anni novanta ospitava il Large Electron-Positron Collider del CERN). La decisione del CERN “è la conferma che la nostra scelta era quella giusta”, dice Wang.

Oltre ad approvare pienamente un collisore circolare presso il CERN, la strategia prevede anche che l’organizzazione valuti la partecipazione a un International Linear Collider (ILC) separato, frutto di un’idea più datata che è stata tenuta in vita dai fisici in Giappone. Hitoshi Yamamoto, fisico della Tohoku University di Sendai, in Giappone, afferma che l’approvazione è incoraggiante. “Credo che le condizioni affinché ILC possa passare alla fase successiva in Giappone e anche a livello globale siano ora saldamente presenti”.

Tour di finanziamento

La strategia del CERN prevede che il 2038 sia l’inizio dei lavori di costruzione del nuovo tunnel di 100 chilometri e del collisore di elettroni e positroni. Fino ad allora, il laboratorio continuerà a far funzionare una versione aggiornata del suo attuale High Luminosity LHC, attualmente in costruzione.

Ma prima che il CERN possa iniziare a costruire la sua nuova macchina, dovrà cercare nuovi finanziamenti al di là del normale budget che riceve dagli Stati membri. Llewellyn-Smith afferma che potrebbe essere necessario che i paesi al di fuori dell’Europa, compresi Stati Uniti, Cina e Giappone, si uniscano al CERN per formare una nuova organizzazione globale. “Quasi certamente ci sarà bisogno di una nuova struttura”, dice.

Il costoso piano ha alcuni detrattori, anche nella comunità dei fisici. Sabine Hossenfelder, fisica teorica del Frankfurt Institute for Advanced Studies, in Germania, è emersa come critica del perseguimento di energie sempre più elevate quando il ritorno scientifico, oltre a misurare le proprietà delle particelle conosciute, è ben lungi dall’essere garantito. “Penso ancora che non sia una buona idea”, dice Hossenfelder. “Stiamo parlando di decine di miliardi”. Penso solo che non ci sia abbastanza potenziale scientifico per fare questo tipo di studi in questo momento”.

Il nuovo collisore sarà in un territorio inesplorato, dice Tara Shears, fisica dell’Università di Liverpool, nel Regno Unito. Mentre LHC aveva un chiaro obiettivo, quello di cercare il bosone di Higgs, così come ragioni teoriche ben fondate per credere che potrebbero esserci nuove particelle nella gamma di masse che potrebbe esplorare, ora la situazione è diversa. “Ora non abbiamo una previsione equivalente, solida come una roccia, e questo rende più impegnativo e più rischioso il sapere dove e come cercare le risposte”.

Eppure, dice, “sappiamo che l’unico modo per trovare le risposte è con l’esperimento e l’unico posto dove trovarle è dove non siamo ancora riusciti a cercarle”.

Nel chiudere la riunione, a cui la maggior parte dei membri ha partecipato a distanza, la presidente del Consiglio del CERN, Ursula Bassler, ha detto: “Il grande compito è ora a portata di mano: mettere in pratica questa strategia”. Poi ha stappato una bottiglia di champagne prima di terminare la teleconferenza.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su “Nature” il 19 giugno 2020. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)