Perché non dovremmo più costruire grandi collisori di particelle

Sabine Hossenfelder, fisico e ricercatore presso l'Istituto di studi avanzati di Francoforte, spiega perché oggi potrebbe non avere senso progettare e costruire nuovi collisori sempre più grandi e potenti e, ovviamente, sempre più costosi, sia da costruire che da gestire.

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Il Cern sta potenziando il super collisore LHC (Large Hadron Collider) per realizzare una ‘fabbrica‘ di bosoni di Higgs, con cui tracciare un identikit molto preciso della particella scoperta nel 2012.

Parallelamente a questa scelta il Cern prenderà in considerazione la realizzazione di un nuovo super collisore che raccoglierà la pesante eredita di LHC. Queste sono le indicazioni comparse in un documento che vuole rivedere la strategia europea nel campo della fisica delle particelle, presentato nel corso di una sessione online dal Consiglio del Cern insieme alla direttrice generale, Fabiola Gianotti.

È una strategia ambiziosa, che delinea un futuro molto promettente per l’Europa e per il Cern con un approccio attento e graduale“, ha dichiarato la Gianotti. “Continueremo a investire in forti programmi di cooperazione tra il Cern e gli altri istituti di ricerca negli Stati membri del Cern, e non solo. Queste collaborazioni sono fondamentali per un progresso scientifico e tecnologico sostenuto e condiviso, e producono inoltre grandi vantaggi per la società“.

Tuttavia non tutti sono d’accordo, come Sabine Hossenfelder, fisico e ricercatore presso l’Istituto di studi avanzati di Francoforte. Attualmente al lavoro sulla materia oscura e sui fondamenti della meccanica quantistica, esprime le sue perplessità in un articolo pubblicato su scientificamerican.com.

Il CERN ha deciso di voler proseguire nelle ricerche gettando le basi per la realizzazione del Future Circular Collider (FCC), che sarà ospitato in un tunnel anulare di 100 chilometri. Questa macchina potrebbe raggiungere energie di 100 tera-elettron-volt, circa sei volte l’energia sviluppata oggi nel Large Hadron Collider (LHC). Raggiungendo queste energie, la nuova macchina consentirebbe di guardare in maniera più intima la struttura della materia offrendo la possibilità di nuove scoperte.

Nonostante gli annunci del Cern che definiscono “prioritario” il compimento del primo passo verso la realizzazione di FCC, cioè trovare un sito adatto dove scavare il tunnel, non è chiaro se il progetto verrà alla luce. Il futuro collisore, se verrà realizzato, impiegherà particelle come elettroni e positroni in luogo dei protoni utilizzati da Lhc.

Il primo passo andrà nella direzione della “fabbrica di Higgs“. Il bosone di Higgs, scoperto al CERN nel 2012, era l’ultima particella mancante nel modello standard della fisica delle particelle. FCC, se vedrà effettivamente la luce, avrà il compito di misurare le proprietà del bosone di Higgs e le proprietà di alcune particelle precedentemente scoperte, in modo più completo. Se il piano verrà portato a termine costerà decine di miliardi di dollari. Non si conoscono con precisione i costi da sostenere in quanto le stime di budget presentate dal CERN non includono i costi operativi. Considerando i costi di gestione del Large Hadron Collider, i costi per il nuovo collider sarebbero probabilmente pari a almeno 1 miliardo di dollari all’anno.

Costi enormi in quanto i collisori sono oggi gli esperimenti di fisica più costosi mai realizzati. Il loro prezzo è superiore a quello dei futuri telescopi spaziali che vedremo all’opera tra qualche anno. Il motivo principale per cui il costo è così alto è che, fin dagli anni ’90, ci sono stati solo miglioramenti incrementali nella tecnologia del collider. Di conseguenza, l’unico modo per raggiungere energie più elevate oggi è costruire macchine di maggiori dimensioni. È la semplice dimensione fisica, i lunghi tunnel, il grande numero di magneti e tutte le persone necessarie per farlo funzionare, a rendere questi dispositivi enormemente costosi.

Sabine Hossenfelder ha sottolineato l’aumento dei costi di queste macchine che però ne ha visto un ridimensionamento della rilevanza. Quando i fisici ha iniziato a costruire collisori negli anni ’40, non erano in possesso di un inventario completo delle particelle elementari e ne erano coscienti. Nuove misurazioni hanno portato a nuovi misteri che hanno portato alla costruzione di collider sempre più grandi fino a quando, nel 2012, il quadro non è stato completato.

Il modello standard ha ancora alcuni punti da chiarire, ma testarli sperimentalmente richiederebbe energie almeno dieci miliardi di volte superiori a quelle che anche FCC potrebbe testare. Il caso scientifico, secondo la Hossenfelder, per un prossimo collisore è quindi attualmente scarso. Tuttavia non si può escludere che un prossimo grande collisore faccia una scoperta rivoluzionaria. Alcuni fisici sperano, ad esempio, che possa offrire indizi sulla natura della materia oscura o dell’energia oscura.

Queste sono le speranze, ma non sembra esserci, alcun motivo per cui le particelle che compongono la materia oscura o l’energia oscura debbano apparire nella gamma di energia del nuovo dispositivo. E questo presuppone che siano particelle, per le quali oggi non ci sono prove.

Anche se fossero particelle, inoltre, le collisioni altamente energetiche potrebbero non essere il modo migliore per cercarle. Le particelle che interagiscono debolmente con piccole masse, per esempio, non sono qualcosa che si cerca nei grandi collisori. Esistono, spiega la Hossenfelder, tipi completamente diversi di esperimenti che potrebbero portare a scoperte a costi molto più contenuti, come misurazioni di alta precisione a basse energie o aumento delle masse di oggetti negli stati quantistici. Andare alle energie più elevate non è l’unico modo per fare progressi nella fisica; è solo il modo più costoso.

In questa situazione, i fisici delle particelle dovrebbero concentrarsi sullo sviluppo di nuove tecnologie che potrebbero riportare i collettori in una fascia di prezzo ragionevole invece di scavare altre gallerie. La tecnologia più promettente in vista è un nuovo tipo di accelerazione detta del “campo di scia” che potrebbe ridurre drasticamente la distanza necessaria per accelerare le particelle e di conseguenza ridurre le dimensioni delle macchine. Un’altra tecnologia rivoluzionaria sarebbe costituita dai superconduttori a temperatura ambiente che potrebbero rendere i potenti magneti su cui i collider si affidano più efficienti ed economici.

Esaminare queste nuove tecnologie dovrebbe essere una delle priorità del CERN. Ma come rivela l’aggiornamento della strategia, i fisici delle particelle non hanno preso in considerazione la nuova realtà. La costruzione di grandi collisori di particelle ha fatto il suo corso. Oggi ha uno scarso ritorno sugli investimenti scientifici e allo stesso tempo quasi nessuna rilevanza per la società. I grandi progetti scientifici tendono generalmente a favorire l’educazione e le infrastrutture, ma questo non è specifico per i collettori di particelle. E se quegli effetti collaterali sono ciò a cui siamo veramente interessati, allora dovremmo almeno investire i nostri soldi nella ricerca scientifica con rilevanza per la società, scrive la Hossenfelder.

Perché, ad esempio, non abbiamo ancora un centro internazionale per le previsioni climatiche che secondo, le stime attuali, costerebbe “solo” $ 1 miliardo distribuito su 10 anni? Sono noccioline rispetto a ciò che la fisica delle particelle spende, ma molto più importante. O perché, forse ti starai chiedendo visto cosa successo di recente, non abbiamo un centro per la modellistica epidemica?

È perché troppi finanziamenti scientifici sono erogati sulla base dell’inerzia. Nel secolo scorso, la fisica delle particelle si è trasformata in una grande comunità molto influente e ben collegata. Continueranno a costruire collettori di particelle più grandi il più a lungo possibile, semplicemente perché è quello che fanno i fisici delle particelle, che abbia un senso o meno. È giunto il momento che la società adotti un approccio più illuminato per finanziare grandi progetti scientifici piuttosto che continuare a dare soldi a coloro a cui hanno dato soldi finora. Abbiamo problemi più grandi che misurare la cifra successiva sulla massa del bosone di Higgs, conclude la Hossenfelder.

L’articolo della Hossenfelder espone critiche sostanziali all’approccio del Cern e non ci resta che attendere cosa ne pensano i diretti interessati.

Fonte: https://www.scientificamerican.com/article/the-world-doesnt-need-a-new-gigantic-particle-collider/
Fonte: https://www.tio.ch/svizzera/attualita/1444705/cern-acceleratore-fisica-nuovo-higgs-maratona