di Raffaele Vitali
MILANO - L’ex direttrice generale del Cern ospite del Leadership Forum di Milano, organizzato da Marcello Mancini per parlare dalle origini dell’universo alle tecnologie per la società, passando per la formazione dei giovani e la cooperazione internazionale.
“La ricerca scientifica come motore dell’innovazione, strumento di collaborazione tra i popoli e investimento strategico per il futuro dell’Europa”. È il filo conduttore dell’intervento di Fabiola Gianotti, scienziata ed ex direttrice generale del Cern, tra gli ospiti del Leadership Forum di Milano, organizzato da Marcello Mancini.
Nel suo intervento, Gianotti ha accompagnato il pubblico alla scoperta del funzionamento del più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle, raccontando le sfide della ricerca fondamentale, le ricadute tecnologiche e il ruolo della scienza nella costruzione di una società più aperta e innovativa.
Il Cern, una grande infrastruttura europea
“L’Europa ha una grande tradizione nella ricerca scientifica. Le infrastrutture di ricerca sono piattaforme tecnologiche e di formazione per i giovani, soprattutto nei campi Stem. Hanno inoltre un rapporto speciale con l’industria, basato su una reciproca utilità”.
Il Cern è un esempio di questa collaborazione. Nato nel 1954, dopo la Seconda guerra mondiale, con l’obiettivo di riportare in Europa l’eccellenza scientifica e favorire la cooperazione tra i Paesi, oggi riunisce 25 Stati membri, 11 associati e collabora con una cinquantina di Paesi nel mondo.
“L’Europa si era impoverita di cervelli. Molti scienziati erano emigrati, tra loro anche Fermi e Pontecorvo. La ripresa economica e sociale richiedeva investimenti anche nella ricerca, perché la scienza è una colla che unisce i popoli. Tanti sono tornati”.
Il Cern conta circa 17.500 persone provenienti da 110 nazionalità, tra cui circa 2.600 italiani. “È un ambiente internazionale straordinario, in cui la conoscenza è il valore che accomuna tutti”.
Dall’infinitamente piccolo all’origine dell’universo
La ricerca del Cern ha quattro missioni fondamentali: comprendere l’universo attraverso la ricerca di base, sviluppare tecnologie, formare giovani ricercatori e promuovere la collaborazione internazionale.
“Una particella elementare è puntiforme e non può essere scomposta in componenti più piccole. Gli atomi, contrariamente a quanto suggerisce il nome, non sono elementari: sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni. Protoni e neutroni, a loro volta, sono composti da quark. Tutto ciò che ci circonda è fatto di elettroni e quark” prosegue la scienziata.
Per studiare queste particelle, la tecnologia permette di raggiungere dimensioni infinitamente piccole, fino a scale di un miliardesimo di metro e oltre.
“Lo studio dell’infinitamente piccolo ci permette di capire il grande. L’universo è nato 13,8 miliardi di anni fa. All’inizio era composto da particelle libere. Con il raffreddamento si sono formati protoni e neutroni, poi i nuclei degli elementi chimici più semplici, come idrogeno ed elio. Circa 380mila anni dopo, i nuclei hanno potuto aggregarsi con gli elettroni, formando gli atomi e quindi la materia da cui sono nate le stelle e i pianeti”.
Oggi l’universo contiene circa duemila miliardi di galassie, ciascuna con centinaia di miliardi di stelle. “Eppure, tutto quello che conosciamo rappresenta soltanto una piccola parte del cosmo”.
Il Large Hadron Collider, un gigantesco microscopio
Per studiare l’universo si possono utilizzare i telescopi, che osservano stelle, pianeti e galassie. Per risalire alle condizioni iniziali del cosmo, invece, servono gli acceleratori di particelle.
“Al Cern riusciamo a ricreare in laboratorio le condizioni dell’universo primordiale, arrivando fino a un milionesimo di milionesimo di secondo dopo il Big Bang. Possiamo così studiare le particelle che esistevano allora e le forze che agivano”.
Il principale strumento del laboratorio è il Large Hadron Collider (Lhc), un acceleratore ad anello lungo 27 chilometri, situato a circa 120 metri di profondità, al confine tra Svizzera e Francia.
“Immettiamo protoni in due direzioni opposte e li acceleriamo fino a portarli vicino alla velocità della luce. Per mantenerli in orbita servono campi magnetici elevatissimi. I fasci vengono poi fatti scontrare in quattro grandi caverne sotterranee, dove si trovano i rilevatori di particelle”.
Se gli acceleratori sono microscopi giganteschi, i rilevatori sono grandi macchine fotografiche digitali, capaci di registrare ciò che viene prodotto dalle collisioni. “I fasci si scontrano fino a 40 milioni di volte al secondo. È facile immaginare quanta tecnologia sia stata necessaria per sviluppare strumenti di questa complessità”.
L’Lhc è entrato in funzione nel 2010 e ha permesso, due anni dopo, la scoperta del bosone di Higgs, particella legata al meccanismo che conferisce massa alle particelle elementari. “Senza il meccanismo di Higgs, gli atomi non avrebbero potuto formarsi e noi non saremmo qui. L’Italia, attraverso l’Infn, ha dato un contributo significativo a questa impresa”.
Innovazione, industria e ricadute sulla società
La ricerca fondamentale è anche un motore di innovazione tecnologica. “Molto spesso le tecnologie di cui abbiamo bisogno non esistono ancora, oppure sono disponibili soltanto in forme primitive. È la ricerca a spingere in avanti lo sviluppo tecnologico”.
La costruzione dell’Lhc ha richiesto un ampio partenariato tra pubblico e privato, con il coinvolgimento di grandi gruppi industriali e la realizzazione di 1.232 magneti superconduttori. “Il Cern sviluppa tecnologie che poi arrivano alla società. E tutto ciò che viene prodotto viene condiviso a costo zero”.
Tra gli esempi più noti c’è il World Wide Web, sviluppato nel 1989 da Tim Berners-Lee, allora ricercatore del Cern, per facilitare lo scambio di informazioni tra i fisici. “Il Web nacque per rispondere a un’esigenza della comunità scientifica. Se non fosse stato sviluppato al Cern, probabilmente sarebbe nato nel settore privato, forse con un modello a pagamento. Invece è stato reso disponibile a tutti, gratuitamente. È un esempio di come la scienza possa essere aperta e accessibile”.
Dalla cura dei tumori all’aeronautica
Le ricadute della ricerca si estendono anche alla medicina. Gli acceleratori di particelle vengono utilizzati per trattare alcuni tumori attraverso fasci di protoni e ioni di carbonio. “A differenza dei raggi X, che attraversano i tessuti e possono colpire anche quelli sani, i protoni e gli ioni di carbonio rilasciano gran parte della loro energia in corrispondenza del bersaglio. Questo consente di concentrare il trattamento sul tumore, limitando i danni ai tessuti circostanti”.
Queste tecnologie trovano applicazione anche in trattamenti delicati, come quelli rivolti ai bambini o ai tumori localizzati in prossimità dell’occhio. In Europa esistono infrastrutture dedicate, tra cui quella di Pavia, realizzata con il contributo tecnologico del Cern.
Altri esempi riguardano i cavi superconduttori, forniti anche ad Airbus per lo sviluppo di tecnologie destinate all’aeronautica elettrica, e i dosimetri impiegati per misurare le radiazioni nelle piattaforme spaziali.
Formazione dei giovani e rapporto con le imprese
Il Cern è anche un grande centro di formazione. “Il picco della carriera scientifica nella fisica delle particelle si raggiunge spesso intorno ai 27 anni, è l’età media al Cern. Qui arrivano continuamente studenti e ricercatori post-doc, che imparano a lavorare in un ambiente internazionale di altissimo livello”.
Soltanto il 30% circa dei giovani formati al Cern rimane poi nella fisica delle particelle. Gli altri proseguono in altri ambiti della ricerca o entrano nel mondo industriale. “Il Cern fornisce quindi un flusso continuo di talenti, fisici, ingegneri e tecnici, formati in un laboratorio d’eccellenza. È un investimento che produce benefici ben oltre i confini della ricerca fondamentale”.
Anche il rapporto con le imprese è stretto. Circa metà del budget del Cern, pari a circa 500 milioni di franchi svizzeri, viene destinata agli acquisti nei Paesi membri. “Acquistiamo componenti, servizi di ingegneria civile, sistemi informatici e server. Collaboriamo con le imprese nella ricerca e nello sviluppo, in particolare nel campo del calcolo: dallo stoccaggio dei dati all’intelligenza artificiale, fino alle prospettive del calcolo quantistico”.
Il laboratorio sostiene inoltre i giovani ricercatori e favorisce l’accesso alle proprie infrastrutture. “Se un chip funziona bene al Cern, dove viene sottoposto a condizioni estremamente impegnative, può rappresentare un prodotto molto affidabile anche per il mercato”.
Il futuro: un nuovo acceleratore da 90 chilometri
Il prossimo grande progetto è il Future Circular Collider (Fcc), un acceleratore ad anello di circa 90 chilometri, progettato per raggiungere energie superiori a quelle dell’attuale Lhc. “Sarà una macchina più grande, con tecnologie ancora più avanzate e potenti. Speriamo che il progetto possa essere approvato entro la fine del decennio, per avviare la costruzione intorno al 2030 e completarla entro il 2045”.
La ricerca di frontiera richiede tempi lunghi. “Sono progetti che si sviluppano nell’arco di decenni. L’Lhc è stato concepito negli anni Ottanta, ha visto l’avvio della costruzione negli anni Novanta ed è entrato in funzione nel 2010. Per questo è fondamentale avere una visione di lungo periodo e garantire stabilità ai finanziamenti”.
Una governance fondata sulle idee e sulla collaborazione
Nel corso dell’intervento, Gianotti ha raccontato anche il modello organizzativo del Cern, una comunità scientifica complessa in cui la collaborazione è un elemento centrale. “L’autorità non deriva dalla posizione gerarchica, ma dalle idee. Se uno studente giovane ha un’intuizione giusta, quella viene seguita. Esiste una struttura organizzativa, ma deve essere abbastanza leggera da non soffocare la creatività, che è la linfa della scienza”.
Le decisioni vengono prese attraverso il confronto e il consenso, con ruoli e obiettivi definiti e una comunicazione trasparente con la comunità scientifica. “Gli scienziati sono colleghi, lavorano sullo stesso piano e sono animati dalla stessa passione: la conoscenza. È fondamentale mantenere un forte senso di appartenenza”.
La materia oscura e le domande ancora aperte
Il viaggio nell’universo si chiude con le grandi questioni ancora irrisolte della fisica. “Quando guardo le immagini dei telescopi, vedo stelle e pianeti, ma mi colpisce soprattutto il buio. La materia ordinaria rappresenta soltanto circa il 5% dell’universo. Tutto il resto è ancora un grande interrogativo”.
La materia oscura, secondo le attuali ipotesi scientifiche, contribuirebbe alla formazione e alla coesione delle galassie, mentre l’energia oscura sarebbe legata all'espansione accelerata dell’universo.
“Il bosone di Higgs e le altre scoperte ci hanno aiutato a rispondere a domande fondamentali, ma ne hanno aperte molte altre. Per affrontarle serviranno idee, tecnologie e collaborazioni senza precedenti”. La sfida della scienza, conclude Gianotti, “è continuare a esplorare ciò che ancora non conosciamo, mantenendo la ricerca aperta, internazionale e capace di generare benefici per tutta la società”.
