INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER LA PORTA VERSO LA TECNOLOGIA 16.000 cavità superconduttrici guideranno i fasci di particelle di ILC. La loro realizzazione sarà un motore per lo sviluppo tecnologico Da sempre il genere umano è mosso dal desiderio di comprendere il mondo in cui vive. Gli strumenti sviluppati dagli scienziati per promuovere la conoscenza sono all’origine di applicazioni utili per la società in generale e svolgono un ruolo cruciale nell’economia globale. La fisica delle particelle è stata fonte di numerose innovazioni il cui sviluppo non era inizialmente parte degli obiettivi della ricerca, indirizzata primariamente a comprendere l’universo. Molte di queste innovazioni – delle quali gli strumenti per la diagnosi e la terapia medica e il World-Wide Web costituiscono sviluppi esemplari – hanno cambiato il nostro modo di vivere e di lavorare. I fisici delle particelle proseguono nel loro lavoro di indagine e la storia suggerisce che gli strumenti del futuro saranno fonte di ulteriori successi tecnologici, in grado di promuovere il progresso industriale e di garantire la creazione di posti di lavoro. Uno di questi strumenti è l’acceleratore di particelle, attualmente in fase di progettazione, International Linear Collider (ILC). Grazie ad una tecnologia innovativa, ILC sarà in grado di scagliare lungo i suoi 31 chilometri, gli uni contro gli altri, elettroni e positroni, le loro antiparticelle, a una velocità prossima a quella della luce, facendoli collidere 14.000 volte al secondo a energie di 500 miliardi di elettronvolt. ILC renderà così possibili scoperte potenzialmente in grado di ampliare i nostri orizzonti verso nuove forme di materia, nuove forze della natura e nuove dimensioni dello spazio e del tempo, dando così sostanza alla visione di Albert Einstein di una teoria unificata definitiva. La ricerca fondamentale non è condotta con l’obiettivo di rendere i computer ancora più veloci, ridurre le dimensioni dei chip o far progredire ulteriormente la medicina. Non è possibile sapere a priori dove ci condurrà la ricerca sui costituenti fondamentali della natura, così come non possiamo sapere quali utili innovazioni ne risulteranno. Tuttavia, l’esperienza del passato dimostra che indipendentemente dalle modalità la ricerca porta sempre al progresso. L’INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER Fotografia: Fermilab Visual Media Services Medicina Tomografia computerizzata di un cranio umano. POSSIBILI VANTAGGI DELLA TECNOLOGIA ILC L’International Linear Collider richiede tecnologie all’avanguardia. Cavità superconduttrici a radiofrequenza come quella mostrata in prima pagina saranno utilizzate per l’accelerazione di particelle ad alte energie. Innovative tecnologie di rivelazione registreranno le particelle prodotte nelle collisioni. L’intero progetto ILC è una sfida, in termini di accelerazione ultra efficiente delle particelle, di compressione dei fasci a dimensioni dell’ordine dei nanometri e di tracciabilità delle particelle con una precisione senza precedenti. In tutto il mondo, gli scienziati che partecipano al progetto ILC stanno studiando le metodologie adatte a rispondere a queste richieste, mentre l’industria si prepara a produrre componenti ad alta tecnologia, alcuni dei quali troveranno ampio spazio nella nostra vita quotidiana. La tomografia a emissione di positroni (PET) è una conquista della fisica ottenuta nell’ambito della ricerca sull’antimateria e divenuta, ormai, uno strumento indispensabile per la diagnosi medica. La PET permette infatti di visualizzare i processi chimici all’interno di organi viventi , attraverso immagini che sarebbe stato impossibile ottenere in altro modo. La terapia protonica, d’altra parte, è un’efficace metodologia di trattamento dei tumori basata sulla focalizzazione di un fascio di protoni in dosi concentrate, esattamente in corrispondenza del focolaio tumorale. Tuttavia, oggi questi trattamenti necessitano di dispositivi pesanti e costosi. Le innovative tecnologie di accelerazione con cavità superconduttrici a radiofrequenza, sviluppate per ILC, consentono di ridurre sia le dimensioni dei dispositivi diagnostici, sia i consumi energetici. La radioterapia potrebbe essere maggiormente mirata, quindi meno dannosa per i tessuti sani, sincronizzando il trattamento con il ciclo respiratorio del paziente. La tecnologia della superconduttività potrebbe essere adattata in modo da produrre raggi X monocromatici per la terapia e la diagnosi medica, permettendo così lo sviluppo di tecniche radicalmente nuove di indagine dei processi biologici e della struttura delle proteine tissutali, incentivando inoltre lo sviluppo di nuovi farmaci. incipale e lineare pr Accelerator Elettroni Rappresentaz Strumenti per il futuro Le sfide affrontate per lo sviluppo di nuovi progetti scientifici possono influire molto positivamente sui processi industriali, a vantaggio del progresso tecnologico e dell’economia. Ad esempio, i microscopici fasci di particelle di Immagine ai raggi gamma di un container per il trasporto merci. ILC necessitano di un monitoraggio costante e di correzioni rapide e precise. Gli strumenti concepiti per risolvere questo problema permetteranno lo sviluppo di metodologie di produzione di circuiti elettronici altamente integrati che alimenteranno l’evoluzione di numerosi prodotti e processi industriali su scala nanometrica. I PC del futuro potrebbero essere ancora più compatti e leggeri grazie ai miglioramenti delle tecnologie della litografia a fascio elettronico. Le tecniche sviluppate per ottenere la perfetta levigatura delle cavità dell’acceleratore potrebbero incentivare lo sviluppo di tecnologie per il settore siderurgico, più economiche e meglio gestibili. L’esperienza maturata con la produzione delle 16.000 cavità superconduttrici di ILC e dei loro componenti contribuirebbero a incrementare le applicazioni della superconduttività in generale. Le sorgenti di elettroni sviluppate per lLC consentirebbe la progettazione di nuovi microscopi elettronici, potenzialmente in grado di rivoluzionare l’industria dei dischi magnetici. Anche il lavoro quotidiano dei funzionari doganali potrebbe trarre beneficio dagli sviluppi della fisica delle particelle: grazie alle tecnologie di rivelazione sviluppate per le collisioni delle particelle sarebbe possibile verificare con la massima efficienza il contenuto dei container adibiti al trasporto merci. ione non in scala LA PORTA VERSO LA TECNOLOGIA Fotografia: CERN Calcolo View of a particle physics computing centre. Esperimenti come quelli condotti a ILC o a LHC (Large Hadron Collider) – l’attuale grande scommessa della fisica delle particelle – richiedono il trasferimento di un’enorme quantità di dati, paragonabile a quella dell’insieme di tutte le telecomunicazioni mondiali. Le più recenti tecnologie dell’informatica e delle comunicazioni, unitamente al software avanzato Grid sviluppato da fisici delle particelle per gestire tali flussi di dati, sono essenziali per far fronte alle necessità dei ricercatori. Tuttavia, esse sono ormai in grado di oltrepassare gli obiettivi per cui sono state ideate . Il database MammoGrid, ad esempio, sviluppato nei laboratori europei, distribuisce informazioni sulle mammografie ai medici e agli ospedali facenti parte della rete: è ora possibile accedere a un archivio contenente 30.000 mammografie, un supporto molto utile per salvare vite umane. incipale e lineare pr Accelerator in Damping R gs Positrons Credit: form one ® 31 km length = 31 0 fields A schematic layout of the International Linear Collider. Grafico: SLAC Tecnologia ILC e altre scienze Immagine di una struttura proteica ottenuta tramite scattering a raggi X presso un acceleratore sincrotrone. La tecnologia della superconduzione permetterà di compiere progressi nel campo degli Energy Recovery Linacs (ERL), acceleratori lineari a recupero di energia, con notevoli riduzioni di dimensioni e di costi. Gli ERL amplieranno notevolmente le possibilità di studio nel campo della scienza nucleare, della scienza dei materiali, della chimica, della biologia strutturale e dell’ambiente. I primi Free-Electron Lasers (laser a elettroni liberi – FEL) attualmente in produzione negli USA, in Giappone e in Germania hanno origine proprio dalla ricerca con gli acceleratori lineari. Negli ultimi decenni le sorgenti di luce hanno permesso importanti progressi in numerosi ambiti scientifici, con lo sviluppo di moltissime applicazioni. I ricercatori dell’americana Advanced Light Source, ad esempio, hanno identificato la struttura del virus dell’influenza aviaria analizzandone la specificità per i recettori umani. La tecnologia di ILC può inoltre essere applicata all’accelerazione di protoni e di nuclei; tra i possibili sviluppi, gli acceleratori di protoni per la generazione di fasci intensi di neutroni da spallazione permettono lo svolgimento di un’ampia gamma di studi sulle proprietà biologiche. Le applicazioni sono vastissime anche nella scienza dei materiali, con conseguenze dirette sulla nostra vita quotidiana: impianti medici, controllo dei processi di corrosione, progettazione di aeromobili più leggeri, e numerose altre. Ambiente La tecnologia dei superconduttori permette di produrre raggi gamma intensi utili ad analizzare la composizione delle scorie nucleari. Grazie alla superconduzione è possibile produrre fasci di neutroni ad alta intensità, in grado di trasformare le scorie in nuclei stabili e innocui: in Giappone, un progetto attuato da una collaborazione asiatica sta sviluppando questa metodologia. Gli impianti a radiofrequenza di ILC potrebbero permettere l’analisi chimica a distanza dei pericoli ambientali. Le tecnologie di monitoraggio, sviluppate per il controllo accurato dei fasci, potrebbero essere impiegate come sistema di allarme sismico precoce. Fotografia: KEK L’INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER LA PORTA VERSO LA TECNOLOGIA Ulteriori informazioni in rete: http://www.linearcollider.org Forum dell’industria per l’ILC: http://www.eifast.eu http://www.lcfoa.org http://aaa-sentan.org Negli ultimi 40 anni gli esperimenti in fisica delle particelle hanno assunto un carattere sempre più internazionale. Scienziati di tutto il mondo si sono ritrovati nel quadro di progetti di vasta portata con l’obiettivo di condividere le proprie esperienze e i propri dati. Uno dei principali vantaggi di queste sinergie è lo sviluppo di stretti rapporti di collaborazione e di fiducia reciproca che nel lungo periodo possono influire sui rapporti tra Stati, in particolare nel caso in cui gli scienziati ricoprano posizioni di rilievo nei paesi di appartenenza. Un effetto assai più immediato consiste nell’ingresso di scienziati e di ingegneri creativi e qualificati nei settori medico, industriale e commerciale, con la conseguente diffusione di talenti e di idee innovative per la soluzione dei problemi più vari. Questo trasferimento di “risorse tecnologiche umane” comporta effetti di vastissima portata sulla società in generale. Da sempre la fisica delle particelle cattura l’interesse dei giovani, incoraggiandoli a intraprendere Questo opuscolo si basa la strada della scienza e della tecnologia. Proprio in questo sul rapporto “Technology momento, dotati della creatività Benefits” commissionato e della costanza necessarie ad dalle FALC – Agenzie per il affrontare e risolvere problemi Finanziamento dei Grandi affascinanti e impegnativi, Collisori. Il report integrale gli esperti del futuro stanno è consultabile all’indirizzo: sviluppando nuove tecniche di http://www.linearcollider.org/ accelerazione e nuovi prototipi TechnologyBenefits di rivelatori. ILC assume così un importante ruolo catalizzatore, utile ad attrarre la nuova generazione di scienziati e ingegneri di cui la società ha bisogno. In America, Asia ed Europa i forum dell’industria sono già impegnati a preparare le aziende locali ad affrontare i compiti impegnativi, complessi e gratificanti che la realizzazione di ILC comporterà. Membri di un Forum dell’Industria visitano un impianto di collaudo di un acceleratore. Contatti: [email protected] | © ILC Global Design Effort 2009 design: www.form-one.de PERSONE E COMPETENZE Fotografia: Fermilab Al progetto ILC partecipano studenti, professori, scienziati e ingegneri di tutto il mondo.
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