Vi è mai capitato di guardare il cielo in una notte stellata e di chiedervi di cosa è fatto l’Universo, quanto è grande, come è nato e che destino avrà? È per rispondere a queste domande che i fisici hanno costruito “occhiali” capaci di osservare l’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande e scoperto così le leggi della natura. Ed è così che è nata la tecnologia, la compagna di viaggio della nostra vita.

La storia dell’Universo e dell’Uomo che cerca di scoprirla è un bellissimo romanzo, di cui ancora non conosciamo l’ultimo capitolo. Fondazione Volta in collaborazione con il CERN di Ginevra, Confindustria e l’Università degli Studi dell’Insubria ci accompagneranno attraverso i capitoli di questo romanzo grazie alla mostra “The Code of the Universe”: 16 pannelli fotografici esposti dall’8 al 30 settembre in Piazza Verdi, a Como, racconteranno i risultati della ricerca, lo sviluppo tecnologico e soprattutto l’emozione di essere “cercatori di conoscenza”.

Al CERN infatti fisici provenienti da tutto il mondo cercano gli elementi che mancano per completare la conoscenza dell’Universo in una successione continua di scoperte scientifiche e progressi tecnologici con ricadute in svariati campi, dalla medicina all’ambiente, dall’industria 4.0 alle applicazioni spaziali.

La mostra, per cui sarà anche possibile prenotare visite guidate con docenti e studenti dell’Insubria, sarà inaugurata l’8 settembre alle ore 18.30 nel Salone Scacchi della Camera di Commercio alla presenza di quattro ospiti d’eccezione, che parleranno del CERN, della sua nascita, della sua attività e del suo futuro. Si tratta di quattro eccellenze italiane della ricerca scientifica: Daniela Bortoletto, professoressa a Oxford, responsabile della sezione di Particle Physics e esperta delle tecnologie al silicio, Guido Tonelli, responsabile nel 2010-2011 di una delle collaborazioni che hanno scoperto il bosone di Higgs, professore ordinario a Pisa, scrittore di successo e divulgatore, Sergio Bertolucci, direttore scientifico del CERN dal 2009 al 2015, professore ordinario a Bologna e esperto di trasferimento tecnologico, Speranza Falciano, vice presidente dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare nel 2013, professore ordinario presso il Gran Sasso Institute

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Cos’è il CERN e cosa fa

Il CERN – Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire è il più grande centro di fisica delle particelle al mondo. Fondato nel 1954 grazie allo sforzo di illustri scienziati (tra i quali Edoardo Amaldi, Louis De Broglie – premio Nobel per il dualismo onda-corpuscolo, e Isadore Rabi – premio Nobel per la scoperta del principio che porterà al GPS), si trova a cavallo del confine franco-svizzero vicino alla città di Ginevra e vanta ora 23 stati membri.

Il CERN è il “tempio” della fisica delle particelle: è il luogo che studia i costituenti ultimi della materia per capire come è nato l’universo e quale sarà il suo destino, utilizzando un collider, cioè una struttura acceleratrice circolare dove due fasci di particelle scorrono per scontrarsi in punti prestabiliti. Il CERN ha permesso di verificare la teoria che descrive la natura (il Modello Standard) con estrema precisione e di trovare risposta a una delle domande senza risposta (fino al 2012): perché le particelle hanno massa?

L’acceleratore attualmente in funzione al CERN è LHC, il Large Hadron Collider, un acceleratore circolare di 27 km situato tra 50 e 175 m sottoterra, in cui circolano, in direzioni opposte, due fasci con trecento mila miliardi di protoni ciascuno. Ogni fascio è organizzato in 2808 “vagoncini” lunghi poco più di 7 cm che si muovono in un tubo sotto vuoto grazie a 1232 magneti superconduttori, cioè magneti che sono in grado di condurre l’elettricità senza resistenza se mantenuti alla temperatura di -271o C (sono il punto più freddo dell’universo!). In prossimità dei 4 esperimenti (CMS, ATLAS, LHCb, ALICE) i fasci vengono “strizzati” alla dimensione di un capello e fatti scontrare e la temperatura del punto in cui i protoni si scontrano è centomila volte più alta che nel centro del sole: LHC è anche il punto più caldo dell’universo!

I 4 esperimenti sono degli enormi microscopi (CMS pesa 14000 tonnellate, ATLAS ha una dimensione di 20x20x30 m3) e hanno ruoli diversi: CMS e ATLAS hanno scoperto il bosone di Higgs protagonista del meccanismo che assegna la massa a ogni particella, e stanno ricercando indizi per capire se il Modello Standard sia veramente perfetto; LHCb cerca di scoprire dove è finita l’antimateria nel nostro universo e ALICE studia lo stato della materia a un secondo dal Big Bang, quell’evento catastrofico che 13.8 miliardi di anni fa ha dato origine a tutto quello che vediamo. A proposito: sapete che i protoni di cui siamo fatti sono nati 1 microsecondo (0.000001 secondi) dopo il Big Bang? Non vi sentite un po’ … “vecchi”?

L’aspetto incredibilmente affascinante di questo viaggio è che man mano che i fisici aumentano l’energia delle particelle che fanno scontrare nei collider, aumenta la temperatura nel punto di collisione e, aumentando la temperatura, si avvicinano allo stato della materia al  momento del Big Bang. In altre parole i fisici delle particelle sono dei viaggiatori nel tempo!

Ma il CERN non è solo LHC. È l’Antiproton Decelerator, dove gli antiprotoni prodotti dal fascio di protoni che poi continuerà il suo viaggio verso LHC, vengono rallentati e combinati con i positroni (i fratelli positivi degli elettroni) per produrre anti-atomi per cercare differenze tra materia e antimateria.

È ISOLDE, che usa i protoni per produrre radioisotopi, cioè elementi radioattivi che non sono stabili e decadono e che sono l’ingrediente fondamentale della medicina nucleare in ambito sia diagnostico che terapeutico. In 50 anni di attività ISOLDE ha prodotto oltre 1300 diversi isotopi da 73 elementi. Il 12 dicembre 2017 è entrato in funzione MEDICIS – Medical Isotopes collected from ISOLDE che sta producendo radioisotopi specifici per il glioblastoma multiforme (un tumore molto aggressivo del cervello) e per l’adenocarcinoma pancreatico, in ottica teranostica: Medicis fornisce ai medici che lo richiedono un campione di radioisotopo per verificare la presenza nel paziente di target cellulari e molecolari adeguati e, in caso di risposta positiva, la quantità necessaria per il trattamento. La terapia viene così disegnata sul singolo paziente: il futuro della medicina.

CERN è il WWW: il 13 marzo 1989, a seguito della necessità dei fisici delle particelle di scambiarsi una grande quantità di dati, Tim Berners-Lee ha presentato al suo responsabile un progetto dal titolo “Information management: a proposal” che ha segnato la nascita del world wide web.

E LHC ha portato al GRID: la condivisione di potenza di calcolo e di spazio dati a livello mondiale trasformando la rete globale di computing in un’unica grande risorsa, fondamentale non solo per LHC che ogni secondo raccoglie una quantità di informazioni pari a quella della Telecom Mondiale, ma per i biologi che si occupano di decodificare il genoma umano, per gli scienziati che misurano il livello di ozono, per chi si occupa di security e cyber-security oppure di simulazioni finanziarie.

CERN è lotta contro il cancro: ENLIGHT – European Network for Light Ion Hadron Therapy è nato nel 2002 per coordinare gli sforzi europei nell’ambito dell’adroterapia, la tecnica che si basa sull’utilizzo di protoni e ioni leggeri per irraggiare i tumori localizzati in zone particolari (cervello, occhio, spina dorsale) o di pazienti particolari (pazienti pediatrici).

CERN è sviluppo di tecnologia per i beni culturali: le tecniche della fisica delle particelle non sono distruttive e permettono di datare, attribuire all’autore e verificare l’autenticità delle opere d’arte mantenendole intatte per le future generazioni.

In una sola parola, CERN è FUTURO.

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L’esperienza CERN degli studenti di fisica dell’Insubria

A tutti i ragazzi sono state fatte due domande:

• di cosa ti occupi e di cosa ti sei occupato al CERN?
• cosa ha rappresentato per te l’esperienza al CERN?

Pietro Monti-Guarnieri – laureando del corso di laurea magistrale in fisica

“La mia esperienza presso il CERN è iniziata l'estate scorsa, quando il gruppo di ricerca di cui faccio parte ha condotto una presa dati sulle linee di fascio estratto del Super Proto-Sincrotrone del CERN. Come parte del gruppo, per circa venti giorni sono stato incaricato di installare i nostri rivelatori di particelle su una linea di fascio, monitorarne la risposta e analizzarne i dati. Il nostro scopo era studiare cosa accade quando un fascio di fotoni di altissima energia colpisce l'asse di simmetria di un materiale cristallino: in particolare, sembra che il cristallo assorba l'energia con molta più efficienza rispetto alla materia amorfa. Questo effetto, se opportunamente controllato, potrebbe permetterci di costruire rivelatori innovativi, che potrebbero per esempio essere usati in missioni spaziali, per studiare la luce proveniente dalle profondità dell'Universo.”

Poter lavorare al CERN è stata un'esperienza unica, in quanto mi ha fatto sentire parte attiva sia di una collaborazione internazionale di scienziati di alto livello sia del centro di ricerca in fisica delle particelle più importante del mondo. È stato anche un modo per toccare con mano la democraticità ed equità della scienza: al CERN ognuno è sullo stesso piano degli altri, gli studenti mangiano a mensa insieme alla Direttrice e si possono confrontare scientificamente con chiunque. Ciò che conta non è infatti il proprio titolo o la propria origine, ma solo la veridicità scientifica delle proprie affermazioni.

Stefano Carsi – studente (e quasi laureando) del corso di laurea magistrale in fisica

“Sono stato al CERN per la mia prima volta nell'ottobre 2021 quando stavo per concludere il mio percorso triennale insieme al gruppo di ricerca INSULAB. Ho avuto quindi la possibilità di seguire le varie fasi di come si svolge un esperimento su fascio di test allestendo il setup sperimentale (installando fisicamente i rivelatori e collegando tutti i cavi in cui viaggiano alimentazione e segnali) e analizzando “in diretta” i dati raccolti.

Il CERN è probabilmente il luogo per eccellenza a cui qualsiasi fisico sperimentale delle particelle possa ambire. Per me è stata un'esperienza formativa in quanto ho potuto vederlo dal vivo e lavorarci, imparando sul campo come si svolgano questo tipo di attività di ricerca, non una semplice visita turistica come quelle che si possono organizzare per le scuole. Ed ho avuto la conferma che è un lavoro che mi piace e mi regala grandi soddisfazioni.

Studiare in una università di dimensioni ridotte come l'Insubria ha dato la possibilità a me, come ad altri miei colleghi, di poterci andare ancora prima della laurea triennale, e quest'estate di tornarci per più di un mese complessivo, lavorando in sinergia ed imparando con ragazzi e professori più esperti di me.”

Federico Ronchetti – neolaureato magistrale in fisica

“Insieme al gruppo di ricerca INSULAb sono stato diverse volte al CERN per operare test e misure con rivelatori di particelle sulle linee di fasci estratti del Proto Sincrotrone e del Super-Proto Sincrotrone. Ho lavorato per la prima volta in area sperimentale alla fine della mia laurea triennale per fare misure per la mia tesi e poi sono tornato, negli anni successivi, per aiutare gli altri membri del gruppo ad installare e monitorare il buon funzionamento di tutti i nostri rivelatori lungo la linea di fascio e quindi analizzarne i dati acquisiti. In particolare ci siamo occupati di testare rivelatori capaci di misurare l’energia delle particelle e abbiamo utilizzato i nostri rivelatori al silicio per ricostruirne le tracce in esperimenti sull’interazione tra cristalli orientati ed incurvati e le particelle stesse. Ho anche partecipato ad alcuni test per particolari rivelatori di luce capaci di operare a temperature criogeniche, ovvero a quelle dell’argon liquido.

La mia esperienza al CERN è iniziata come un sogno nato la primissima volta che ci ho messo piede: durante un openday, quando ancora ero alle scuole superiori, avevo visitato alcuni stabili del CERN ed ero anche sceso nel tunnel di LHC per vedere l’esperimento ALICE, e da lì ho sempre desiderato, ma senza mai sperarci troppo, di poter lavorare in quell’ambiente straordinario che solo pochi centri di ricerca al mondo possono offrirti. Non avrei mai pensato di riuscire ad arrivarci effettivamente, ma poi all’Università mi si è aperta l’opportunità di andare davvero a lavorare insieme a ricercatori di tutto il mondo nel più grande laboratorio di fisica delle particelle e mi è piaciuto talmente tanto che ho deciso di volerne fare la mia professione. Lavorare e vivere in un tale ambiente in cui tutti collaborano senza discriminazioni, spinti dalla curiosità di come funziona l’universo, è un’esperienza di vita che auguro a tutti ed è difficile non esserne affascinati.”

Christian Petroselli – studente magistrale in fisica

“La mia esperienza presso il CERN di Ginevra si è svolta nel giugno 2018 come attività conclusiva del corso “Laboratorio di fisica IV” della laurea triennale. Il test su fascio si è svolto sulla linea T9 del Proton Synchrotron con il team di ricerca INSULAB. Lo scopo del test è stato l’assemblaggio e la caratterizzazione di un calorimetro omogeneo composto da 9 cristalli in BGO.

L’esperienza al CERN ha rappresentato il turning point del mio percorso accademico e di crescita. L’ambiente estremamente stimolante è un perfetto paradigma di convivenza, di sostenibilità e di collaborazione per il raggiungimento di un obiettivo comune: fornisce costantemente l’opportunità di dimostrare le proprie capacità e di conoscere i propri limiti e permette di capire come lo stupore del singolo porti alle domande, le domande alle scoperte e le scoperte alla conoscenza di tutti e per tutti. La possibilità di operare in questo laboratorio è stata quindi un motivo di crescita personale e accademica, e sede di conferma della scelta del ramo di studi, delle sue applicazioni e del gruppo di ricerca.”

Luca Bomben – dottorando in fisica

“Sono un dottorando in Fisica presso l'Università degli Studi dell’Insubria, dove ho conseguito anche le lauree triennale e magistrale. Durante gli anni di Università e dottorato, ho avuto modo di partecipare a varie attività al CERN, fra le quali le misure su fascio delle interazioni fra particelle ad alta energia e cristalli orientati, con le collaborazioni AXIAL e KLEVER; il test dei rivelatori di luce e del doping con Xenon in ProtoDUNE, il prototipo di DUNE, un esperimento che mira a rispondere ad alcune delle domande ancora aperte nella fisica dei neutrini; il test del prototipo del detector di Enubet, una progetto che mira allo sviluppo del fascio di neutrini taggati, nel quale sarà possibile misurare il flusso di neutrini prodotti con una precisione significativamente più alta dell’attuale stato dell’arte.

Per me il CERN è un luogo in cui si respira aria di collaborazione e condivisione di idee. Ho avuto la fortuna di lavorarvi per la prima volta durante la mia tesi di laurea triennale, partecipando attivamente al montaggio dei setup sperimentali e alla presa dati su un vero fascio di particelle (ricordo che avevo il terrore di rovinare per sbaglio strumentazioni ben più costose della mia retta universitaria). Durante questa esperienza ho potuto lavorare fianco a fianco con collaboratori di tutte le età e provenienti da tutto il mondo, che mi hanno fatto sentire subito una parte del gruppo, nonostante fossi ancora molto “giovane” dal punto di vista accademico. Anche dopo qualche anno di visite regolari al CERN, continuo a sentire la stessa aria accogliente ogni volta che vi torno.”