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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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