CERN: nuova strategia europea di ricerca nella fisica delle particelle

fisica delle particelle

Lo scorso 19 giugno, il Consiglio del CERN, nel corso di una sessione online aperta, ha comunicato la futura strategia che orienterà la ricerca dell’Europa nella fisica delle particelle, nel contesto mondiale di questi studi. La visione scientifica delineata dovrebbe, infatti, servire da guida per il CERN e consentire una politica scientifica coerente in Europa. La strategia è guidata soprattutto dalla scienza e presenta le priorità di ricerca per il settore, individuate attraverso una riflessione cui hanno contribuito diverse centinaia di fisici europei. Inoltre, le raccomandazioni che vengono espresse nel nuovo documento sottolineano come la fisica delle particelle abbia un forte impatto sul progresso e sulla società, derivante non solo dai risultati scientifici ma anche dal valore prodotto in termini di capitale tecnologico, sociale e umano.

“È una strategia ambiziosa, che delinea un futuro molto promettente per l’Europa e per il CERN con un approccio attento e graduale. 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”, ha commentato Fabiola Gianotti, Direttore Generale del CERN. “Queste collaborazioni sono fondamentali per un progresso scientifico e tecnologico sostenuto e condiviso, e producono inoltre grandi vantaggi per la società”.

L’aggiornamento 2020 della strategia europea per la fisica delle particelle (EPPSU, European Particle Physics Strategy Update) propone una visione, a breve e a medio-lungo termine, del futuro del settore volta a mantenere e rafforzare il ruolo di leader che l’Europa detiene in questo ambito, non solo per quanto riguarda la fisica fondamentale ma anche l’innovazione tecnologica derivante dalle ricerche in questo campo.

In particolare, le priorità scientifiche identificate dal documento strategico sono lo studio in estremo dettaglio del bosone di Higgs e l’esplorazione delle frontiere delle alte energie: questi settori rappresentano le due vie principali e complementari per affrontare le questioni ancora aperte della fisica delle particelle.

Il completamento con successo nei prossimi anni del progetto Hi-Lumi LHC (High-Luminosity Large Hadron Collider), per il quale al CERN sono già in corso i lavori, dovrebbe rimanere il punto focale della fisica europea delle particelle sul breve termine.

Sul medio e lungo termine, invece, il documento sottolinea la necessità di puntare alla realizzazione di una “fabbrica di Higgs elettrone-positrone”, come infrastruttura di ricerca maggiormente prioritaria dopo LHC. Si tratterebbe di un acceleratore di particelle, in cui collidono elettroni e antielettroni per produrre una enorme abbondanza di bosoni di Higgs, la cui costruzione potrebbe iniziare in meno di 10 anni dalla conclusione di Hi-Lumi LHC nel 2038. Il futuro collisore elettrone-positrone contribuirebbe a misurare con elevatissima precisione le proprietà del bosone di Higgs: dopo la sua scoperta al CERN annunciata nel 2012, oggi il suo studio dettagliato e la sua piena conoscenza rappresentano un potente strumento per indagare la nuova fisica oltre il Modello Standard.
Un’altra raccomandazione significativa del documento strategico è che l’Europa, in collaborazione con la comunità mondiale, dovrebbe intraprendere uno studio di fattibilità per un collisore di adroni di nuova generazione alla massima energia possibile, in preparazione degli obiettivi scientifici a più lungo termine sull’esplorazione delle frontiere delle alte energie.

La strategia sottolinea l’importanza di spingere il lavoro di ricerca e sviluppo delle tecnologie avanzate di acceleratori e rivelatori e dell’infrastruttura di calcolo, come prerequisito necessario per ogni futuro progetto.

“L’Europa detiene la leadership mondiale nel campo degli acceleratori. Una leadership scientifica e tecnologica conquistata negli anni con la realizzazione dei grandi progetti al CERN e negli altri laboratori nazionali, e alla quale la scuola italiana dell’INFN ha contribuito in modo determinante”, sottolinea Antonio Zoccoli, Presidente dell’INFN. “Ora, la nuova strategia, che raccomanda sul lungo termine di studiare la fattibilità di un nuovo acceleratore al CERN con tecnologie fortemente innovative per arrivare a energie finora inesplorate, offre all’Europa l’opportunità di mantenere e rafforzare questa sua leadership scientifica e tecnologica. Un’opportunità che è importante considerare avendo ben chiaro che da queste imprese scientifiche derivano grandi benefici per la nostra società, in termini di progresso delle conoscenze, formazione di nuove competenze, ritorno industriale ed economico, e sviluppo di nuove tecnologie che porteranno applicazioni e vantaggi in molti altri ambiti”, conclude Zoccoli.

La nuova strategia richiama l’attenzione sui numerosi benefici per la società che deriveranno da questo sforzo in ricerca e sviluppo, come già è avvenuto in passato per i precedenti grandi progetti scientifici, secondo quanto ci mostra la lunga storia della ricerca in fisica delle particelle.

Oltre a ciò, il nuovo documento raccomanda all’Europa di continuare a sostenere i progetti di ricerca sui neutrini in Giappone e negli Stati Uniti, sottolineando anche l’importanza della cooperazione con i settori scientifici affini, come ad esempio la fisica delle astroparticelle e la fisica nucleare. Inoltre, dà indicazione per una continua collaborazione anche con i Paesi extraeuropei, con l’interesse a partecipare ai principali progetti che potranno contribuire in modo significativo al settore nel suo complesso.

Oltre all’immediato ritorno scientifico, le grandi infrastrutture di ricerca come il CERN spingono l’innovazione nell’industria e producono un grande effetto sulla società, legato al capitale tecnologico, economico e umano. I progressi negli acceleratori, nei rivelatori e nel calcolo hanno un impatto significativo su aree come le tecnologie mediche e biomediche, le applicazioni aerospaziali, lo studio e la conservazione del patrimonio culturale, l’intelligenza artificiale, l’energia, i big data e la robotica. In termini di capitale umano, la formazione di scienziati, ingegneri, tecnici e professionisti di diversa estrazione è una parte essenziale dei programmi di fisica delle alte energie, che fornisce una risorsa di talenti per l’industria e altri settori della società.

La nuova strategia ha anche messo in evidenza altri due aspetti importanti: la considerazione dell’ambiente e l’importanza della scienza aperta e accessibile. Secondo il documento, l’impatto ambientale delle attività di ricerca in fisica delle particelle deve continuare a essere attentamente studiato e ridotto al minimo. Un piano dettagliato per la minimizzazione dell’impatto ambientale e per il risparmio e il riutilizzo dell’energia dovrebbe far parte del processo di approvazione di qualsiasi grande progetto. Le tecnologie sviluppate nella fisica delle particelle per ridurre al minimo l’impatto ambientale delle future infrastrutture e per il risparmio energetico potrebbero anche trovare applicazioni più generali per la protezione dell’ambiente.

Il processo per l’aggiornamento della strategia europea della fisica delle particelle è iniziato nel settembre 2018 quando il Council del CERN, cui partecipano rappresentanti degli Stati membri e associati del CERN, ha istituito un gruppo di coordinamento dei lavori (ESG, European Strategy Group). L’ESG ha lavorato in stretta e continua consultazione con la comunità scientifica: quasi duecento contributi sono stati discussi durante il simposio aperto che si è tenuto in Spagna nel maggio 2019 e presentati nel Physical Briefing Book, un riassunto scientifico del contributo della comunità. L’ESG ha elaborato le raccomandazioni finali durante una sessione di redazione di una settimana tenutasi in Germania nel gennaio 2020. La presentazione del documento strategico, sottoposto al Consiglio del CERN lo scorso marzo, era stata prevista per il 25 maggio scorso a Budapest ma, a causa dell’emergenza sanitaria globale per il covid-19, è stata rimandata e resa pubblica oggi.

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