Corriere La Lettura 27.1.19
Fisica Un acceleratore di particelle di 100 chilometri di circonferenza rilancia la ricerca europea. Anche perché Pechino non è rimasta per nulla a guardare
Materia oscura e Cina
Le due sfide del Cern
di Guido Tonelli

Il caso ha voluto che l’annuncio venisse dato nello stesso giorno, il 15 gennaio, in cui a Londra, il programma di Theresa May per la Brexit veniva clamorosamente bocciato dal Parlamento inglese, gettando nello sconcerto tutte le cancellerie d’Europa. Nelle stesse ore, al Cern di Ginevra, si annunciava la pubblicazione del rapporto che descrive il progetto Fcc, acronimo che sta per Future Circular Collider, gli eredi di Lhc. Fcc è un gruppo di studio internazionale che ha lo scopo di produrre un disegno concettuale, definire le infrastrutture e stimare i costi per un collider da 100 chilometri di circonferenza da costruire al Cern. Il progetto prevede, in una prima fase, un acceleratore che produrrà collisioni fra elettroni e positroni, Fcc-ee, che sarà in seguito convertito in una macchina protone-protone, Fcc-hh, seguendo lo schema di successo già utilizzato al Cern con la sequenza Lep e Lhc. La proposta è nata nel 2014 e ha raccolto subito un fortissimo sostegno da parte della comunità internazionale. Il lavoro ha coinvolto oltre 1.300 fisici e ingegneri appartenenti a 150 università, istituti di ricerca e partner industriali. Il risultato dello studio è un rapporto dettagliato che costituisce la base per definire la nuova strategia europea nel campo degli acceleratori di particelle.
La decisione di costruire questa nuova infrastruttura dovrebbe essere presa nel 2020. In uno scenario realistico, si potrebbe cominciare la costruzione di Fcc-ee nel 2028 e iniziare le operazioni prima del 2040, alla fine della fase di alta luminosità di Lhc. La macchina a protoni è invece molto più complessa e richiederebbe ancora anni di sviluppo per la produzione su scala industriale dei magneti. L’inizio di Fcc-hh si collocherebbe fra il 2050 e il 2060. Insomma si stanno prendendo decisioni cruciali che determineranno i confini della ricerca scientifica di base per tutto un secolo.
Dal punto di vista della ricerca di nuova fisica, la combinazione in successione dei due acceleratori è di gran lunga la configurazione ottimale. Si configura una sorta di manovra a tenaglia per non lasciare scampo alla nuova fisica, ovunque essa si nasconda. La macchina a elettroni e positroni è l’ambiente ideale per realizzare misure di precisione. È previsto che il nuovo acceleratore funzioni a diverse energie, passando da 90 a 365 GeV, per produrre enormi quantità delle particelle più importanti del Modello Standard, incluso milioni di bosoni di Higgs, per studiarne in dettaglio tutte le caratteristiche e identificare la più piccola delle anomalie.
Le nuove particelle, che spiegherebbero la materia oscura o nuove interazioni che ci porterebbero alle dimensioni nascoste del nostro universo, potrebbero essere scoperte in maniera indiretta, attraverso le più incredibili misure di precisione dei parametri del Modello Standard che mai siano state concepite. Se non basterà la precisione si passerà alla forza bruta. Con i 100 TeV di energia di Fcc-hh, diventerà possibile l’esplorazione di una scala di energia 7 volte superiore a Lhc. Qualunque nuovo stato della materia di massa compresa fra qualche TeV e alcune decine di TeV sarebbe identificato direttamente; si potrà capire se il bosone di Higgs è elementare o ha una struttura interna e sarà possibile studiare quei dettagli della rottura spontanea di simmetria elettrodebole che potrebbero risultare decisivi per comprendere la prevalenza della materia nel mondo che ci circonda. I costi del progetto sono importanti. Ci vorranno 9 miliardi di euro per scavare il tunnel ed equipaggiare la macchina a elettroni. Ne occorreranno altri 15 per costruire i potenti magneti necessari per Fcc-hh. Tuttavia, se si considera l’arco di tempo in cui sarà distribuito l’investimento e si tiene conto dei contributi finanziari che potranno provenire da tutto il mondo, l’impresa appare sicuramente sostenibile.
È indubbio che con Fcc l’Europa lancia la sua sfida e prende il centro della scena nel dibattito mondiale sugli acceleratori del futuro. Gli Stati Uniti, leader indiscussi del campo fino a qualche decennio fa, stanno mantenendo un basso profilo e sembrano rassegnati a giocare un ruolo secondario. Completamente diverso è il caso delle tigri asiatiche: non più solo il Giappone, ma anche Corea del Sud e soprattutto Cina. Gli investimenti in ricerca di base in Cina crescono di anno in anno. E con percentuali che noi europei non osiamo neanche sognare. Fra il 2000 e il 2010 questi investimenti sono raddoppiati e già oggi la Cina spende più dell’Europa intera in ricerca e sviluppo. La Cina ha lanciato un ambizioso programma di esplorazione spaziale che comprende una stazione scientifica orbitante e una missione di esplorazione lunare, e inaugura ogni anno decine di nuove università e importanti infrastrutture di ricerca.
La classe dirigente cinese dimostra di aver capito che gli investimenti nella scienza di base permettono di far entrare il Paese nell’élite tecnologica mondiale. Ma il progetto dei governanti di Pechino è molto più ambizioso: non vogliono solo partecipare, cercano il primato, hanno deciso di prendere la testa in attività che considerano di importanza strategica per una superpotenza che mira a guidare il mondo. Non è un caso che per la fisica il gigante asiatico proponga Cepc (Circular Electron-Positron Collider) un progetto molto simile al nostro Fcc: un anello da 50-70 chilometri che ospiterebbe una fabbrica di Higgs, un collider elettrone-positrone da 240 GeV, per poi passare a un acceleratore a protoni capace di produrre collisioni da 50-70 TeV nel centro di massa. La macchina potrebbe essere costruita nella regione di Qinghuada, una zona di colline vicino al mare, a 300 chilometri da Pechino, conosciuta come la Toscana della Cina. Scavare un tunnel di decine di chilometri in Cina ha costi molto inferiori rispetto all’Europa e per di più i cinesi sembrerebbero orientati a coprirne una buona parte. Insomma la proposta di Fcc, che giunge proprio in un giorno emblematico delle crisi che attraversano l’Europa, potrebbe essere l’occasione giusta per ricominciare a pensare in grande. Se il nostro continente intende giocare un ruolo decisivo nello sviluppo dell’innovazione e della conoscenza e non accetta di cedere ad altri la leadership in settori strategici quali la fisica fondamentale, Fcc costituisce una grande opportunità.