Bilanci e frontiere della fisica delle particelle

Il 2013 è stato un anno fondamentale per la fisica delle particelle. Dopo decenni di ricerche finalmente è arrivata la conferma dell’esistenza del bosone di Higgs, che è stata premiata con il Nobel a Peter Higgs e François Englert. È dunque il momento di riflettere su cosa è stato fatto, e di capire quali sono le prospettive future. Ne parla in un interessante articolo su Nature il neodirettore del Fermilab, Nigel Lockyer.

Prendo spunto dalle sue riflessioni per fare una specie di bilancio di fine anno. Se da un lato il bosone di Higgs è l’ultimo pezzo del puzzle del Modello Standard della fisica delle particelle, dall’altro questo stesso modello non spiega alcuni aspetti fondamentali del nostro Universo. La minuscola massa del neutrino, la materia ed energia oscura, la gravità. Abbiamo fatto passi avanti, ma la strada da percorrere è ancora lunga. Sappiamo che è arrivato il momento di un “nuovo inizio”. Da dove si può cominciare?

(Crediti: SCOTT GARRETT).

Nessuno scienziato può dirlo, con esattezza. Ognuno ha la sua opinione, ma tutti si stanno preparando per mettere in campo diverse strategie metodologiche per esplorare le conseguenze ed implicazioni di quanto si è scoperto fino ad ora. Quello che sappiamo con certezza è che la prossima generazione di acceleratori di particelle sarà tanto costosa quanto potente, e che le richieste di finanziamenti pubblici dovranno scontrarsi con le restrizioni economiche in ogni parte del mondo.

A dispetto dell’incertezza del panorama mondiale, la fisica delle particelle può fortunatamente contare su collaborazioni internazionali all’interno delle quali spiccano gli Stati Uniti per le loro iniziative sulla fisica del neutrino, ad esempio. Non solo. Stanno emergendo nuovi attori come la Cina e l’India che contano studiosi di talento e tecnologie d’avanguardia. In questo scenario è possibile ipotizzare cosa accadrà nell’immediato futuro e quali sono le frontiere teoriche più promettenti.

Le alte energie. La frontiera ad alta energia necessaria per “vedere” i bosoni di Higgs sarà alla portata del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Nel primo trimestre del 2015 i lavori ricominceranno dopo uno stop di quasi due anni con un’energia di14 teraelectronvolts (TeV) – circa il doppio di quella con cui l’Higgs è stato scoperto. Ora che il Modello Standard è completo, tutte le nuove particelle osservate rivoluzioneranno la nostra visione della fisica.  Questo scopo sono già stati depositati i progetti per aggiornare il LHC nel 2020 in modo da raggiungere energie sempre maggiori.

Energie sempre più alte sono il sogno di molti. Dai collisori di leptoni e muoni, fino al Compact Linear Collider (un concorrente europeo alla ILC) che potrebbe raggiugere i 3-5 TeV. Vari gruppi di ricerca europei stanno lavorando per progettare un collisore protone-protone a 100 TeV: questa macchina potrebbe diventare reale solo verso il 2030. Sempre che i cinesi non arrivino prima!

I neutrini. Non sappiamo ancora come interagiscono, l’origine della loro massa e quale è stato con esattezza il loro ruolo nell’Universo primordiale. Il Fermilab sta dirigendo un progetto di ricerca per costruire un enorme esperimento sui neutrini nella miniera di Homestake nel South Dakota, con un potente rilevatore posizionato a 1.500 metri sotto la superficie. Presentato nel mese di luglio durante una conferenza nel Minnesota, sarebbe utile per studiare le masse dei neutrini e se queste particelle contribuiscono alla asimmetria materia-antimateria dell’Universo. Con un budget totale di circa un miliardo di dollari, l’esperimento richiederà partner (e ulteriori finanziamenti) internazionali.

Se passerà questa linea di ricerca sarà impossibile sostenere esperimenti sui neutrini in Europa e in Giappone. Il Giappone è forse il concorrente più temibile, con i programmi leader nella fisica del neutrino, nei quark-bottom e nei muoni. Spera di ospitare l’International Linear Collider (ILC), l’acceleratore elettrone-positrone che permetterebbe di studiare meglio il bosone di Higgs. Si auspica che la costruzione inizi entro questo decennio.

Politiche economiche e ricerca globale. Ormai la ricerca è un fenomeno globale e deve essere pianificato globalmente, tendendo ovviamente conto delle economie emergenti che sembrano, soprattutto negli ultimi anni, tenere il passo con i centri di ricerca più blasonati ed avanzati. Lo scenario che si va delineando è molto complesso: sappiamo che in Europa la situazione non è delle migliori, e che in Italia si assiste ad una continua fuga di cervelli per mancanza di finanziamenti alla ricerca. Di conseguenza, gli Stati Uniti, la Cina, il Giappone e l’India sembrano accelerare il passo, nonostante il loro sguardo sia costantemente rivolto a noi europei, sia per i finanziamenti che per i cervelli.

Questa accelerazione è dovuta anche al fatto che, nel mondo, i centri all’avanguardia per la fisica delle particelle sono il CERN di Ginevra, il Fermilab di Batavia, Stati Uniti, e il KEK di Tsukuba, in Giappone. E non è difficile credere che richieste di finanziamenti provenienti da altre zone del mondo possano passare in secondo piano. Insomma, è un momento cruciale non solo per la ricerca in questi settori, ma soprattutto per decidere quali sono le politiche economiche migliori per il progresso. È il momento di fare scelte responsabili, e di creare una rete su scala globale per la ricerca.