L'unIverso quantIstIco - ILC Document Server - International Linear ...
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IndIce<br />
01 3 INTRODUZIONE<br />
4 Informazioni su questo documento<br />
6 RIASSUNTO ESECUTIVO<br />
02 10 L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
12 La porta verso l’Universo Quantistico<br />
12 I segreti della scala del “Tera”<br />
14 La particella di Higgs<br />
15 Rivelando i risultati finali: extra dimensioni?<br />
16 Una luce sulla materia oscura<br />
18 Un supermondo parallelo<br />
18 Un telescopio sull’ignoto<br />
19 Scenari di scoperta<br />
03 20 <strong>ILC</strong>: LA MACCHINA PER IL FUTURO<br />
22 <strong>ILC</strong>: una guida passo per passo<br />
24 Le sfide principali<br />
04 28 UN PROGETTO GLOBALE<br />
29 L’impegno per un progetto globale<br />
29 Considerazioni sul sito<br />
30 Stima dei costi per la macchina <strong>ILC</strong><br />
33 I passi successivi<br />
05 34 LA STRADA VERSO IL FUTURO<br />
34 La prossima generazione<br />
36 Un percorso rapido per l’industria<br />
38 Oltre l’orizzonte
L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
IL MAELSTROM<br />
DELL’ENERGIA<br />
OSCURA<br />
L’OCEANO DEL<br />
BIG BANG<br />
4<br />
LA TERRA<br />
DELL’UNIFICAZIONE<br />
ULTIMA<br />
MAR DELLE TEORIE<br />
0 1 anno luce<br />
L’ISOLA DI<br />
HIGGS<br />
1<br />
IL PASSAGGIO<br />
PROVVISORIO<br />
2<br />
L’ARCIPELAGO<br />
DELLE EXTRA<br />
DIMENSIONI<br />
LA SCOGLIERA DELLA<br />
SUPERSIMMETRIA<br />
3
MAR DEI<br />
GRANDI MISTERI<br />
5<br />
LA TERRA<br />
EMERSA DELLA<br />
MATERIA OSCURA<br />
LuoghI da vIsItare<br />
Tutto l’universo Quantistico abbonda di luoghi<br />
interessanti da scoprire. Quando inizi il viaggio, eccone<br />
alcuni da non perdere:<br />
1 L’isola di Higgs: è massiccia!<br />
2 La scogliera della supersimmetria:<br />
scopri quanto è realmente simmetrica<br />
3 L’arcipelago delle extra dimensioni:<br />
non pensare mai più in 3D!<br />
4 La terra dell’unificazione ultima:<br />
dove terminano tutti i viaggi<br />
5 La terra emersa della materia oscura:<br />
dicci cosa vedi...<br />
Frontiera della conoscenza<br />
Capo<br />
Antimateria<br />
Monte<br />
Einstein<br />
MAR DEI<br />
QUARK<br />
TERRITORIO<br />
NOTO<br />
MAR DEI PICCOLI<br />
MISTERI<br />
Prato di<br />
Newton<br />
PORTO DEL<br />
MODELLO<br />
STANDARD<br />
credito: form one
01<br />
IntroduzIone<br />
Cosa è l’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider?<br />
Stiamo per essere testimoni di una rivoluzione<br />
scientifica. L’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider (<strong>ILC</strong>), la<br />
proposta di un nuovo acceleratore di particelle,<br />
promette di modificare radicalmente la nostra<br />
comprensione dell’universo, rivelando l’origine<br />
della massa, evidenziando eventuali dimensioni<br />
nascoste dello spazio e spiegando persino il mistero<br />
della materia oscura. La tecnologia avanzata della<br />
superconduttività permette di accelerare e portare<br />
a scontrarsi particelle di energie incredibilmente<br />
elevate percorrendo tunnel lunghi più di 30 km.<br />
Rivelatori all’avanguardia registrano gli scontri che<br />
avvengono al centro della macchina, aprendo una<br />
nuova porta sull’Universo Quantistico, un territorio<br />
inesplorato in cui l’estremamente piccolo risponde<br />
a domande sull’estremamente grande. Dagli<br />
studenti appena laureati ai professori universitari,<br />
oltre mille scienziati di tutto il mondo già oggi<br />
collaborano alla progettazione e alla costruzione<br />
dell’acceleratore di particelle di domani.<br />
2 | 3
01 | INTRODUZIONE<br />
COMITATO DEL PROGETTO INTERNATIONAL LINEAR COLLIDER:<br />
LA PORTA VERSO L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
Jonathan Bagger<br />
Johns Hopkins University, USA<br />
Ties Behnke<br />
DESY, Germania<br />
Philip Burrows<br />
(Presidente)<br />
Università di Oxford,<br />
Regno Unito<br />
Jinhyuk Choi<br />
Laboratorio dell’acceleratore di<br />
Pohang, Corea<br />
Elizabeth Clements<br />
Fermilab, USA<br />
Jean-Pierre Delahaye<br />
CERN, Svizzera<br />
Chris Damerell<br />
Rutherford Appleton Laboratory,<br />
Regno Unito<br />
Jie Gao<br />
IHEP, Accademia cinese delle<br />
scienze, Cina<br />
David Harris<br />
symmetry magazine, USA<br />
Rolf Heuer<br />
DESY e Università di Amburgo,<br />
Germania<br />
JoAnne Hewett<br />
SLAC, USA<br />
Young-Kee Kim<br />
Università di Chicago<br />
e Fermilab, USA<br />
Joe Lykken<br />
Fermilab, USA<br />
Youhei Morita<br />
KEK, Giappone<br />
Hitoshi Murayama<br />
Lawrence Berkeley National<br />
Laboratory, USA<br />
Won Namkung<br />
Laboratorio dell’acceleratore di<br />
Pohang, Corea<br />
Perrine Royole-Degieux<br />
IN2P3/CNRS, Francia<br />
Rika Takahashi<br />
KEK, Giappone<br />
Nobu Toge<br />
KEK, Giappone<br />
Nick Walker<br />
DESY, Germania<br />
Barbara Warmbein<br />
DESY, Germania<br />
John Womersley<br />
Rutherford Appleton Laboratory,<br />
Regno Unito
InformazIonI su questo<br />
documento:<br />
La comunità globale <strong>ILC</strong>, un gruppo di oltre 1.000 fisici e ingegneri impegnati a<br />
trasformare in realtà questa macchina futura, ha pubblicato il suo Rapporto di<br />
riferimento sulla progettazione. Il rapporto, di quattro volumi, specifica in dettaglio gli<br />
obiettivi della fisica, le sfide tecniche, i risultati di Ricerca e Sviluppo e le caratteristiche<br />
generali dell’acceleratore progettato. Questo documento, L’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider:<br />
la porta verso l’Universo Quantistico, traduce il contenuto tecnico e dettagliato del<br />
Rapporto di riferimento sulla progettazione e spiega come e perché costruiremo la<br />
futura macchina per la fisica delle particelle.<br />
4 | 5
01 | RIASSUNTO ESECUTIVO<br />
6
Iassunto<br />
esecutIvo<br />
I fisici delle particelle cercano di rispondere a<br />
domande profonde sull’universo studiando le<br />
leggi fondamentali della natura: quali sono i<br />
componenti fondamentali della materia e come si<br />
uniscono tra di loro per dare forma al mondo? Esistono<br />
altre dimensioni oltre alle tre che conosciamo<br />
e quotidianamente esploriamo con i nostri sensi?<br />
Le varie forze della natura sono in realtà manifestazioni<br />
di una singola forza unificata? Da dove proviene<br />
la materia? Qual è la natura della materia oscura<br />
che tiene insieme le galassie? Questi, al momento,<br />
sono dei misteri.<br />
Gli acceleratori di particelle di ieri e di oggi hanno<br />
rivelato come è fatto il regno delle particelle<br />
elementari e quale è il loro comportamento fino<br />
a distanze molto piccole. Ora conosciamo le<br />
particelle che costituiscono la materia ordinaria e<br />
sappiamo che esistono quattro forze fondamentali<br />
della natura.<br />
Siamo quindi pronti a fare i passi successivi ed<br />
a partire per un viaggio di scoperta. Puntiamo a<br />
risolvere i misteri insoluti utilizzando la prossima<br />
generazione di acceleratori di particelle. Questi<br />
ci porteranno in una nuova regione di energia,<br />
necessaria per esplorare fenomeni più piccoli e più<br />
fondamentali. Questa regione è conosciuta come<br />
la ‘scala del Tera’ e prende il nome dal suffisso che<br />
indica le migliaia di miliardi di volt di energia<br />
necessari per accedervi.<br />
6 | 7
01 | RIASSUNTO ESECUTIVO<br />
qual è il significato<br />
dell’universo<br />
quantistico?<br />
L’Universo Quantistico è il regno<br />
subatomico dell’universo, governato<br />
dalle leggi della fisica quantistica. La<br />
fisica delle particelle punta a rivelare<br />
di cosa è fatto l’universo e come<br />
funziona, ponendosi domande che<br />
richiedono una risposta a scale subatomiche<br />
dove dominano i fenomeni<br />
quantistici. La recente rivoluzione<br />
nella comprensione dell’universo da<br />
parte dei fisici delle particelle e la<br />
prossima generazione di acceleratori<br />
di particelle metteranno l’Universo<br />
Quantistico alla nostra portata.<br />
scala del “tera” e salto<br />
quantistico: potenze di<br />
dieci<br />
10 –12 pico p 0,000 000 000 001<br />
10 –9 nano n 0,000 000 001<br />
10 –6 micro μ 0,000 001<br />
10 –3 milli m 0,001<br />
10 –2 centi c 0,01<br />
10 –1 deci d 0,1<br />
10 0 1<br />
10 1 deca da 10<br />
10 2 etto h 100<br />
10 3 kilo k 1 000<br />
10 6 mega M 1 000 000<br />
10 9 giga G 1 000 000 000<br />
10 12 tera T 1 000 000 000 000<br />
Nei prossimi anni, il Large Hadron Collider (LHC) ci offrirà una prima<br />
visione della scala del “Tera”. Il desiderio di approfondire le scoperte<br />
dell’LHC può diventare realtà con l’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider (<strong>ILC</strong>).<br />
L’<strong>ILC</strong> ci consentirà di ampliare i nostri orizzonti di questo nuovo<br />
panorama con grande precisione, rivelandone la ricchezza e i dettagli.<br />
L’<strong>ILC</strong> ci offrirà una visione dell’universo come era quando aveva un’età<br />
di appena un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Insieme,<br />
l’<strong>ILC</strong> e l’LHC ci trasporteranno in territori dove scoperte, previste e<br />
impreviste, potranno essere all’ordine del giorno.<br />
La fisica delle particelle ispira. L’<strong>ILC</strong> attrarrà le menti migliori verso<br />
la scienza e la tecnologia e ci consentirà di formare le generazioni<br />
future di scienziati e ingegneri. Queste menti eccellenti continueranno<br />
a promuovere la tecnologia, consentendo molte applicazioni<br />
nella scienza e nell’industria. La conoscenza generata dalla ricerca<br />
fondamentale nell’ultimo secolo ha trasformato in maniera globale<br />
l’economia e la cultura.
elettroni<br />
Non possiamo ancora predire<br />
come le extra dimensioni o la<br />
materia oscura incideranno<br />
ulteriormente sulla società,<br />
invece i vantaggi derivanti<br />
dagli strumenti che stiamo<br />
sviluppando sono facili da<br />
immaginare. Per citarne solo<br />
alcuni, applicazioni in medicina,<br />
nei trasporti, nell’acquisizione di<br />
immagini biologiche in tempo<br />
reale, nello sviluppo di nuovi<br />
strumenti informatici e di nuovi<br />
dispositivi per l’acquisizione di<br />
immagini nelle comunicazioni e<br />
nella grafica.<br />
Al di là dell’impatto diretto che<br />
la ricerca fondamentale ha sulle<br />
nostre vite, siamo gratificati dalla<br />
comprensione del mondo in cui<br />
viviamo. L’istinto di esplorare e<br />
comprendere il modo in cui le<br />
cose funzionano è connaturato<br />
agli esseri umani. È questa<br />
curiosità che ci spinge a costruire<br />
l’<strong>ILC</strong> e che, in ultima analisi, ci<br />
porterà a scoperte che possono<br />
risolvere i grandi misteri<br />
dell’universo.<br />
Sorgente di positroni<br />
Rivelatori Sorgente di elettroni<br />
l’ILc in numeri<br />
URTI:<br />
Tra gli elettroni e le loro antiparticelle,<br />
i positroni, in pacchetti di 5 nanometri<br />
(5 miliardesimi di metro) di altezza<br />
ciascuno contenente 20 miliardi di<br />
particelle e che collidono 14.000 volte<br />
al secondo<br />
Energia:<br />
Fino a 500 miliardi di elettron volt<br />
(GeV) con l’opzione di passare a<br />
1.000 miliardi di elettron volt (TeV)<br />
se necessario.<br />
Tecnologia di accelerazione:<br />
16.000 cavità acceleranti superconduttrici<br />
di niobio puro<br />
Lunghezza:<br />
Circa 31 km, più due anelli attenuatori<br />
ciascuno dei quali con una circonferenza<br />
di 6,7 km<br />
Gradiente di accelerazione:<br />
31,5 megavolt al metro<br />
Sistemi di trasporto del fascio<br />
Acceleratore lineare principale Anelli attenuatori<br />
Acceleratore lineare principale<br />
Temperatura della cavità:<br />
2 K (–271,2 °C o –456 °F)<br />
RIVELATORI:<br />
2, basati su tecnologie complementari<br />
Sito:<br />
Da determinare in una fase successiva<br />
del progetto<br />
Comunità <strong>ILC</strong>:<br />
Circa 300 laboratori e università di<br />
tutto il mondo sono coinvolti nell’<strong>ILC</strong>:<br />
oltre 700 persone stanno lavorando al<br />
progetto dell’acceleratore, mentre altre<br />
900 stanno lavorando allo sviluppo<br />
dei rivelatori. Il lavoro di progettazione<br />
dell’acceleratore è coordinato dal<br />
Global Design Effort, mentre gli studi<br />
sulla fisica e le attività sui rivelatori<br />
sono coordinati dal World Wide Study.<br />
Sul Web:<br />
http://www.linearcollider.org<br />
8 | 9<br />
Positroni
02 | L’UNIVERSO QUANTISTICO
02 L’unIverso <strong>quantIstIco</strong><br />
È iniziata una rivoluzione nel modo in cui vediamo l’universo.<br />
Negli ultimi anni, gli esperimenti<br />
e le osservazioni hanno rivelato<br />
un universo molto più strano e<br />
meraviglioso di quanto avessimo<br />
mai immaginato: un universo<br />
pieno di sostanze misteriose<br />
chiamate materia oscura ed energia<br />
oscura, e nel quale la materia<br />
ordinaria (tutto quanto siamo,<br />
vediamo e avvertiamo) rappresenta<br />
solo una piccola frazione.<br />
La prossima generazione di<br />
acceleratori di particelle amplierà<br />
ulteriormente la nostra<br />
comprensione e punta a rivelare<br />
queste nuove forme di materia,<br />
nuove forze della natura e nuove<br />
dimensioni dello spazio e del<br />
tempo. Questi acceleratori esploreranno<br />
un nuovo territorio, la<br />
scala del “Tera”, denominato<br />
in questo modo per le energie<br />
che si avvicinano ai Tera elettron<br />
volt (migliaia di miliardi di<br />
elettron volt o TeV), che sono<br />
necessarie per aprirlo alle<br />
scoperte scientifiche.<br />
Oggi sappiamo che a queste<br />
scale c’è qualcosa di nuovo: lo<br />
affermano molti esperimenti<br />
degli ultimi decenni, eseguiti da<br />
vari team internazionali. Però<br />
non sappiamo esattamente cosa<br />
potremo trovare. Esplorando la<br />
scala del “Tera”, ci aspettiamo di<br />
ottenere risposte alle nostre domande<br />
e completare una visione<br />
rivoluzionaria dell’universo e<br />
delle sue leggi fisiche: l’Universo<br />
Quantistico.<br />
domande universali<br />
Ci stiamo ponendo domande<br />
fondamentali sull’universo:<br />
1. Esistono principi della natura che<br />
non siano stati scoperti?<br />
2. Come possiamo risolvere il mistero<br />
dell’energia oscura?<br />
3. Esistono extra dimensioni dello<br />
spazio?<br />
4. Tutte le forze diventano una<br />
sola forza?<br />
5. Perché esistono tanti tipi di particelle?<br />
6. Cos’è la materia oscura? Come<br />
possiamo produrla in laboratorio?<br />
7. Cosa ci dicono i neutrini?<br />
8. Come si è creato l’universo?<br />
9. Cosa è accaduto all’antimateria?<br />
10 | 11<br />
La prossima generazione di acceleratori<br />
di particelle ci aiuterà a rispondere<br />
a queste domande.
02 | L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
gli acceleratori della<br />
prossima generazione<br />
The next-generation accelerators<br />
Il Large Hadron Collider (LHC)<br />
entra in funzione nel 2008 al CERN,<br />
l’Organizzazione Europea per la Ricerca<br />
Nucleare, a Ginevra, in Svizzera.<br />
In un tunnel circolare di 27 km di<br />
circonferenza, l’LHC farà scontrare tra<br />
di loro due fasci di protoni. In questi<br />
urti ciascun protone avrà un’energia<br />
di 7 Tera elettron volt. Ma poiché i<br />
protoni sono composti da particelle<br />
denominate quark e gluoni, solo una<br />
frazione dell’energia di ciascun protone<br />
è utilizzata quando i singoli quark<br />
e gluoni si scontrano. Le collisioni che<br />
possono creare nuove particelle dotate<br />
di massa si verificheranno all’LHC<br />
con energie totali disponbili di alcuni<br />
Tera elettron volt.<br />
L’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider (<strong>ILC</strong>)<br />
farà scontrare l’uno contro l’altro fasci<br />
di elettroni e di positroni, i corrispondenti<br />
degli elettroni nell’antimateria.<br />
Posti uno di fronte all’altro, due<br />
acceleratori lineari (uno che scaglia<br />
elettroni e l’altro che scaglia positroni)<br />
raggiungeranno un totale di circa<br />
31 km. Al centro elettroni e positroni,<br />
ciascuno con un’energia di 250 miliardi<br />
di elettron volt, viaggeranno quasi<br />
alla velocità della luce e si urteranno.<br />
Creeranno collisioni spettacolari con<br />
un’energia totale di 500 miliardi di<br />
elettron volt, tutta disponibile per<br />
la creazione di nuove particelle. Il disegno<br />
dell’<strong>ILC</strong> consente potenziamenti<br />
della macchina fino ad energie di circa<br />
1 Tera elettron volt.<br />
Perché l’<strong>ILC</strong> è lineare e non circolare?<br />
Quando una particella elettricamente<br />
carica è forzata su un percorso curvo,<br />
emette raggi X e perde energia. Quanto<br />
maggiore è la sua energia, tanto<br />
maggiore è la perdita di energia per<br />
emissione di raggi X. Questa perdita<br />
è molto più grande per gli elettroni e<br />
i positroni che per i protoni nell’LHC<br />
a causa della differente massa. La<br />
soluzione per raggiungere alte energie<br />
per elettroni e positroni è di eliminare<br />
le curve, da cui l’aggettivo ‘lineare’<br />
nell’<strong>ILC</strong>.<br />
La porta verso<br />
l’universo quantistico<br />
Per fare questo salto nell’ignoto, fisici di tutto il<br />
mondo stanno collaborando alla progettazione<br />
e costruzione degli acceleratori più avanzati mai<br />
concepiti. L’<strong>ILC</strong> descriverà questo nuovo territorio<br />
con precisione senza precedenti. La prima mappa<br />
della scala del “Tera” verrà dall’LHC attualmente in<br />
costruzione presso il CERN a Ginevra, in Svizzera.<br />
Nessuno sa esattamente cosa troverà l’LHC, ma il<br />
territorio è vasto e il potenziale di scoperte è enorme.<br />
L’<strong>ILC</strong> ci consentirà di orientarci con grande precisione<br />
nel nuovo panorama che l’LHC inizierà ad<br />
esplorare. Amplierà le scoperte fatte dall’LHC e ci<br />
rivelerà le leggi della natura alla scala del “Tera”.<br />
Insieme, queste macchine da scoperta metteranno<br />
al centro della nostra attenzione l’Universo<br />
Quantistico.<br />
I segreti della scala del “tera”<br />
In base agli esperimenti e alle scoperte degli ultimi<br />
decenni, i fisici ritengono che la scala del “Tera”<br />
offrirà prove di forme di materia completamente<br />
nuove, e forse anche di extra dimensioni dello<br />
spazio. La nuova materia potrebbe includere la<br />
particella di Higgs, nonché una famiglia ampliata<br />
di ‘particelle supersimmetriche’ elementari, i cugini<br />
più pesanti delle particelle che conosciamo già.<br />
Queste scoperte ci diranno qualcosa della natura<br />
dell’universo e di come le leggi della fisica sono<br />
arrivate ad essere quelle di oggi.
credito: Fermilab, NASA, ESA, G. Piotto (Università di Padova) e A. Sarajedini (Università della Florida)<br />
12 | 13
02 | L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
La particella di higgs<br />
L’attuale Modello Standard della fisica delle particelle<br />
descrive quasi tutti i fenomeni alle alte energie<br />
osservati con gli acceleratori di particelle esistenti.<br />
La precisione delle sue predizioni è notevole, ma funziona<br />
solo basandosi su un’ipotesi non verificata: il<br />
meccanismo di Higgs. La particella di Higgs è l’unica<br />
particella del Modello Standard non ancora osservata.<br />
Nel Modello Standard gioca un ruolo determinante<br />
nella spiegazione dell’origine delle masse delle<br />
particelle elementari. Come un fluido quantistico<br />
invisibile, il campo di Higgs riempie il vuoto dello<br />
spazio, rallentando il moto delle particelle e dando<br />
massa alla materia. Quando questo fluido quantistico<br />
è disturbato ad energie sufficientemente elevate,<br />
ci aspettiamo che rilasci particelle di Higgs osservabili,<br />
distaccandole una ad una.<br />
Le misure di precisione effettuate sulle proprietà<br />
delle particelle elementari osservate ci consentono<br />
di stimare l’energia alla quale apparirà la particella<br />
di Higgs. Questa energia è al limite di quanto disponibile<br />
negli acceleratori di particelle in funzione, ma<br />
è ampiamente alla portata dell’LHC e dell’<strong>ILC</strong>.<br />
Nell’<strong>ILC</strong> particelle di Higgs verranno create direttamente<br />
nelle collisioni elettrone-positrone e quindi<br />
saremo in grado di misurare con grande precisione<br />
le loro proprietà: la massa, il momento angolare<br />
intrinseco denominato ‘spin’ e la forza delle loro<br />
interazioni con le altre particelle elementari. Le<br />
proprietà della particella di Higgs saranno quelle<br />
predette dal Modello Standard? Oppure suggeriranno<br />
una particella supersimmetrica di Higgs più<br />
esotica? O la natura sarà ancora più complicata? L’<strong>ILC</strong><br />
ci consentirà di scoprirlo.
Credito: Jean-Francois Colonna<br />
rivelando i<br />
risultati finali:<br />
extra dimensioni?<br />
Nella descrizione che oggi abbiamo dell’universo,<br />
le leggi dell’infinitamente grande e quelle<br />
dell’infinitamente piccolo non si mescolano.<br />
Abbiamo già scoperto che tre delle quattro forze note<br />
condividono la stessa struttura matematica descritta<br />
dalla teoria quantistica. È possibile riconciliare la<br />
gravità (la legge che governa l’infinitamente grande)<br />
con la teoria quantistica (che funziona a scale di<br />
distanze infinitesime)? Potrebbe esistere una sola<br />
teoria del tutto? Le caratteristiche peculiari dell’<strong>ILC</strong><br />
potrebbero fornire le informazioni per imboccare la<br />
strada corretta verso la teoria definitiva.<br />
La teoria delle stringhe (o corde) è un candidato<br />
promettente per unificare le leggi del grande e del<br />
piccolo. La teoria sostiene che tutte le particelle e<br />
le forze possono essere immaginate come sottili<br />
corde vibranti. Un tocco della corda la rende un<br />
quark, mentre un altro la rende un fotone: una<br />
vera sinfonia di particelle. Questa teoria implica<br />
il realizzarsi in maniera naturale di concetti della<br />
massima importanza quali la supersimmetria e le<br />
extra dimensioni dello spazio.<br />
Queste extra dimensioni non sono visibili nel<br />
nostro mondo di tutti i giorni. Sono pensate come<br />
“arrotolate” su se stesse in modo tale da diventare<br />
visibili solo se messe alla prova con potenti acceleratori.<br />
Se nuove dimensioni esistono alla scala<br />
del “Tera”, l’LHC potrebbe scoprirle e l’<strong>ILC</strong> potrebbe<br />
determinarne il numero, la loro grandezza e forma<br />
e quali particelle si trovino al loro interno. Insieme,<br />
l’LHC e l’<strong>ILC</strong> potrebbero così aprire una finestra sul<br />
nuovo mondo della gravità quantistica.<br />
Il modello standard<br />
(e oltre)<br />
Il Modello Standard della fisica delle<br />
particelle è una teoria che descrive<br />
le particelle note che compongono la<br />
materia ordinaria e tre delle quattro<br />
interazioni fondamentali che tra di<br />
esse hanno luogo. Queste interazioni,<br />
o forze, sono la forza elettromagnetica<br />
(che utilizziamo e su cui facciamo<br />
quotidianamente affidamento), la<br />
forza forte (che tiene insieme i quark<br />
all’interno del nucleo dell’atomo) e<br />
la forza debole (che è responsabile<br />
di molti decadimenti radioattivi). Il<br />
Modello Standard non include nel suo<br />
ambito la quarta forza, la gravità.<br />
antimateria<br />
14 | 15<br />
Ad ogni particella fondamentale corrisponde<br />
una particella di antimateria.<br />
La coppia è identica sotto molti aspetti,<br />
tranne che per uno estremamente<br />
importante: hanno carica elettrica<br />
opposta. Ad esempio, un elettrone<br />
e un positrone sono identici, tranne<br />
il fatto che un elettrone ha carica<br />
negativa mentre un positrone ha carica<br />
positiva. Quando una particella e la sua<br />
antiparticella si incontrano, si annichilano<br />
in uno stato di pura energia.
02 | L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
supersimmetria<br />
Si ipotizza che la supersimmetria sia<br />
una proprietà dell’universo, ma non<br />
è stata ancora osservata sperimentalmente.<br />
Questa teoria richiede che<br />
per ogni tipo di particella esista una<br />
particella supersimmetrica associata,<br />
denominata il suo partner supersimmetrico.<br />
Il partner supersimmetrico è<br />
una replica “pesante” di una particella,<br />
con un’altra differenza significativa.<br />
Tutte le particelle sono classificate<br />
come fermioni o bosoni. Una particella<br />
che appartenga ad una classe ha<br />
un partner supersimmetrico nell’altra,<br />
facendo così ‘quadrare i conti’ e<br />
rendendo la natura più simmetrica. Ad<br />
esempio, il partner supersimmetrico<br />
di un elettrone (un fermione) è denominato<br />
un selettrone (un bosone).<br />
La supersimmetria descrive una<br />
maestosa danza delle particelle<br />
nell’universo, ma finora siamo stati<br />
in grado di osservare un solo partner<br />
di ciascuna coppia. Le particelle<br />
non osservate potrebbero essere la<br />
sorgente della misteriosa ‘materia<br />
oscura’ presente nelle galassie.<br />
Benché particelle supersimmetriche<br />
non siano state ancora osservate,<br />
potrebbero essere prodotte ed<br />
identificate negli esperimenti all’LHC<br />
e all’<strong>ILC</strong>.<br />
Come le caramelle in questo barattolo, l’universo è principalmente oscuro:<br />
il 96% è composto da materia oscura ed energia oscura. Solo circa il<br />
4% dell’universo (la stessa proporzione delle caramelle colorate),<br />
comprendente le stelle, i pianeti e noi stessi, è composto dalla materia<br />
atomica a noi oramai familiare.<br />
una luce sulla materia oscura<br />
Lo scorso decennio ha portato la sorprendente<br />
scoperta che il 96% dell’universo non è composto<br />
da materia ordinaria, ma consiste invece di ‘energia<br />
oscura’ (circa il 74%), che causa l’espansione accelerata<br />
dell’universo, e ‘materia oscura’ (circa il 22%),<br />
una forma misteriosa di materia che non emette<br />
luce e che è quindi difficile da rivelare con i normali<br />
metodi di osservazione.<br />
Prove evidenti dell’esistenza dell’universo<br />
oscuro provengono tuttavia da molte fonti,<br />
tra cui osservazioni astrofisiche di ammassi<br />
di galassie, che sarebbero invece separati<br />
se la materia ordinaria fosse la sola cosa<br />
a te nerle insieme. La materia oscura sembra<br />
tenere insieme l’universo.<br />
Ma cos’è questa materia oscura? La fisica delle<br />
particelle offre una possibile spiegazione. Molte<br />
predizioni su quello che troveremo alla scala<br />
del “Tera” comprendono particelle che possono<br />
essere l’origine della materia oscura. Prodotte<br />
copiosamente nel calderone ardente del Big Bang,<br />
un numero sufficiente di queste potrebbe essere<br />
sopravvissuto fino ad oggi sotto forma di materia<br />
oscura cosmologica. Per esserne certi, dobbiamo<br />
produrre queste particelle e misurarne con precisione<br />
le proprietà.<br />
Le teorie supersimmetriche offrono un caso esemplare.<br />
L’LHC e l’<strong>ILC</strong> dovrebbero essere in grado di<br />
produrre e studiare le particelle supersimmetriche,<br />
se esistono in natura. Queste particelle supersimmetriche<br />
potrebbero costituire la materia oscura<br />
presente nell’universo. Misurando con precisione<br />
le loro masse all’<strong>ILC</strong> e confrontandole con misure<br />
cosmologiche sempre più precise, potremo determinare<br />
se le particelle supersimmetriche costituiscano<br />
tutta la materia oscura o se manchi ancora<br />
qualcos’altro.
16 | 17<br />
Credito: Fermilab
02 | L’UNIVERSO QUANTISTICO<br />
due forze<br />
diventano una sola<br />
Per secoli gli uomini hanno sospettato<br />
l’esistenza di una connessione fra<br />
elettricità e magnetismo. Ad esempio,<br />
quando un fulmine colpiva una nave<br />
in alto mare, i marinai notavano<br />
un effetto di disturbo sull’ago della<br />
bussola. Nel XIX secolo James Clerk<br />
Maxwell riuscì ad unificare l’elettricità<br />
e il magnetismo in un solo schema<br />
teorico. La sua teoria combinata,<br />
l’elettromagnetismo, è alla base di<br />
molte tecnologie familiari nelle nostre<br />
vite moderne, dalle lampadine elettriche<br />
alla televisione ai computer.<br />
Oggi puntiamo a scoprire se le quattro<br />
forze (elettromagnetismo, gravità,<br />
forza forte e forza debole) derivino<br />
da una sola forza che si manifesta<br />
come tale solo ad una scala di energia<br />
molto più elevata di quella quotidiana.<br />
Non siamo ancora in grado di<br />
comprendere cosa ci offrirà una<br />
teoria unificata, ma le possibilità sono<br />
potenzialmente illimitate.<br />
un supermondo<br />
parallelo<br />
Oltre alla materia oscura, la<br />
supersimmetria predice tutto un<br />
mondo di particelle supersimmetriche,<br />
ciascuna corrispon dente<br />
alle particelle elementari che<br />
conosciamo oggi. L’<strong>ILC</strong> illuminerà<br />
questo supermondo parallelo,<br />
ammesso che esista. Le collisioni<br />
fra elettroni e positroni ad alta<br />
energia nell’<strong>ILC</strong> saranno in grado<br />
di produrre queste particelle<br />
supersimmetriche, consentendoci<br />
di studiarne i diversi tipi e<br />
di misurare le loro interazioni.<br />
Saranno le osservazioni a determinare<br />
la struttura e la definizione<br />
di questo supermondo.<br />
un telescopio<br />
sull’ignoto<br />
La grande precisione di queste<br />
collisioni fra elettroni e positroni<br />
consentirà all’<strong>ILC</strong> di fungere<br />
da telescopio per esplorare, in<br />
maniera indiretta, energie molto<br />
superiori a quelle che qualsiasi<br />
acceleratore di particelle potrebbe<br />
mai ottenere direttamente.<br />
Tuttavia, per ora, la nostra vista<br />
è oscurata dalla mancanza di<br />
conoscenza della fisica che esiste<br />
alla scala del “Tera”. I dati dell’<strong>ILC</strong><br />
metterebbero la scala del “Tera”<br />
al centro dell’attenzione e ci<br />
fornirebbero un telescopio per<br />
osservarla. L’<strong>ILC</strong> ci offrirebbe una<br />
veduta su un mondo ad energie<br />
mille miliardi di volte oltre la sua,<br />
nel campo dell’energia ultraelevata<br />
dove le forze della natura<br />
potrebbero diventare unificate.<br />
La particella di Higgs<br />
Determinare il motivo<br />
dell’esistenza della particella<br />
di Higgs<br />
Trovare altri cugini della<br />
particella di Higgs<br />
Scoprire gli effetti delle<br />
extra dimensioni<br />
Scoprire una nuova<br />
fonte di asimmetria tra<br />
materia e antimateria<br />
Determinare l’origine<br />
della massa<br />
L’UNIVERSO QUAN<br />
0<br />
IL MAELSTROM<br />
DELL’ENERGIA<br />
OSCURA<br />
L’ultima unificazione<br />
Scoprire una forza della<br />
natura precedentemente<br />
ignota<br />
Collegare l’unificazione alle<br />
extra dimensioni e alla<br />
teoria delle stringhe<br />
L’OCEANO DEL<br />
BIG BANG<br />
LA TERRA<br />
DELL’UNIFICAZIONE<br />
ULTIMA<br />
Collegare nuove forze<br />
all’unificazione dei quark, di<br />
altre particelle quali i neutrini<br />
e le particelle di Higgs<br />
MAR DELL
TISTICO<br />
E TEORIE<br />
Supersimmetria<br />
Rivelare la natura della<br />
supersimmetria<br />
L’ISOLA DI<br />
HIGGS<br />
IL PASSAGGIO<br />
PROVVISORIO<br />
1 anno luce<br />
Scoprire la natura supersimmetrica<br />
della materia<br />
oscura<br />
Rivelare l’unificazione di<br />
tutte le forze e della materia<br />
ad energie elevatissime<br />
LA SCOGLIERA DELLA<br />
SUPERSIMMETRIA<br />
L’ARCIPELAGO<br />
DELLE EXTRA<br />
DIMENSIONI<br />
MAR DEI<br />
GRANDI MISTERI<br />
Frontiera della conoscenza<br />
Extra dimensioni<br />
LA TERRA<br />
EMERSA DELLA<br />
MATERIA OSCURA<br />
Capo<br />
Antimateria<br />
MAR DEI<br />
QUARK<br />
TERRITORIO<br />
NOTO<br />
Monte<br />
Einstein<br />
Scoprire il numero e la forma<br />
delle extra dimensioni<br />
Determinare quali particelle<br />
viaggiano nelle extra<br />
dimensioni<br />
Scoprire dove si trovano<br />
le particelle nelle extra<br />
dimensioni<br />
MAR DEI PICCOLI<br />
MISTERI<br />
PORTO DEL<br />
MODELLO<br />
STANDARD<br />
Prato di<br />
Newton<br />
Materia oscura<br />
scenari di scoperta<br />
Qualunque cosa scopra l’LHC, l’<strong>ILC</strong><br />
è la macchina necessaria per chiarire<br />
a fondo tali scoperte e ampliarne<br />
l’ambito. L’esatto scenario delle<br />
scoperte dipenderà dalle scelte della<br />
natura, ma esistono numerose ed<br />
entusiasmanti opportunità.<br />
Scoprire se le particelle<br />
pesanti, debolmente interagenti,<br />
sono parte della<br />
materia oscura<br />
Misurare l’abbondanza<br />
di particelle debolmente<br />
interagenti<br />
credito: form one<br />
Collegare i candidati alla<br />
materia oscura a teorie sulle<br />
extra dimensioni, alla supersimmetria<br />
e ad una teoria<br />
ultima dell’unificazione<br />
Utilizzare le proprietà della<br />
materia oscura per sondare<br />
l’universo alle sue origini, creando<br />
una finestra sul Big Bang<br />
18 | 19
03 | <strong>ILC</strong>: LA MACCHINA PER IL FUTURO<br />
Scienziati ed ingegneri provenienti da<br />
tutto il mondo stanno collaborando<br />
ai progetti di Ricerca e Sviluppo per<br />
l’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider.<br />
Credito: Fermilab
03 ILc: La macchIna Per IL futuro<br />
Raggiungere i nostri ambiziosi obiettivi di fisica sarà una sfida davvero difficile. L’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong><br />
Collider non ci consentirà semplicemente di ampliare le frontiere della nostra conoscenza dell’universo;<br />
ci sta sfidando sin da ora a sondare nuovi terreni in molti settori diversi tra di loro: la tecnologia avanzata<br />
degli acceleratori, l’ingegneria dei materiali e lo sviluppo dei rivelatori. Team internazionali di scienziati<br />
e ingegneri stanno lavorando a fondo per sviluppare il progetto.<br />
creare lo strumento giusto<br />
L’esplorazione dell’Universo Quantistico con gli<br />
acceleratori è come utilizzare un fascio di luce<br />
per cercare metodicamente, nel buio, qualcosa<br />
di piccolo.<br />
Il nostro obiettivo è di fare scontrare gli elettroni e<br />
le loro antiparticelle, i positroni, ad energie totali<br />
fino a 500 miliardi di elettron volt (0,5 Tera elettron<br />
volt), l’intervallo di energie dove prevediamo<br />
di ottenere accesso a molti dei fenomeni misteriosi<br />
che abbiamo provato a descrivere. Quando gli<br />
elettroni e i positroni si urtano, si annichilano in<br />
uno stato di pura energia che diventa disponibile<br />
per creare nuove particelle che possiamo rivelare.<br />
Ciò fornisce un ambiente che ci consentirà di<br />
eseguire misure estremamente precise. Sappiamo<br />
di avere bisogno di una determinata frequenza di<br />
collisioni fra elettroni e positroni, o ‘luminosità’,<br />
per produrre abbastanza interazioni interessanti<br />
da misurare e studiare. Questi sono gli elementi<br />
che ci consentono di impostare i parametri per la<br />
progettazione dell’<strong>ILC</strong>.<br />
L’<strong>ILC</strong> è il nostro riflettore per illuminare l’ignoto.<br />
Sappiamo qualcosa su ciò che stiamo cercando: la<br />
materia oscura, il bosone di Higgs, le extra dimensioni<br />
e le particelle supersimmetriche. E sappiamo<br />
dove dirigere il riflettore per trovarle... e magari<br />
scoprire lungo il percorso cose che non ci aspettavamo.<br />
Fino ad ora, i nostri riflettori non hanno<br />
esplorato abbastanza a fondo. Costruendo l’<strong>ILC</strong>, ne<br />
avremo uno in grado di farlo.<br />
20 | 21
03 | <strong>ILC</strong>: LA MACCHINA PER IL FUTURO<br />
ILc: una guida passo per passo<br />
Come funziona l’<strong>ILC</strong>? Come qualsiasi macchina complessa, l’acceleratore lungo 31<br />
km è composto da diversi sistemi, ciascuno dei quali è una componente essenziale<br />
per lanciare le particelle a velocità vicine a quella della luce. Questa guida dettagliata<br />
spiega il funzionamento della macchina.<br />
Elettroni<br />
Per produrre elettroni dirigeremo<br />
impulsi luminosi ad alta<br />
intensità, della durata di due nanosecondi,<br />
da un laser verso un<br />
bersaglio ed estrarremo miliardi<br />
di elettroni per ciascun impulso.<br />
Gli elettroni verranno raccolti<br />
utilizzando campi elettrici e<br />
magnetici per creare pacchetti di<br />
particelle e lanciarli in un acceleratore<br />
lineare lungo 250 metri<br />
che aumenta la loro energia fino<br />
a 5 GeV.<br />
Positroni<br />
I positroni, i partner degli elettroni nell’antimateria,<br />
non esistono naturalmente sulla Terra. Per produrli,<br />
invieremo un fascio di elettroni di alta energia<br />
attraverso un ondulatore magnetico, una speciale<br />
disposizione di magneti in cui gli elettroni sono<br />
inviati su un percorso a ‘montagne russe’. Questo<br />
moto turbolento farà sì che gli elettroni emettano<br />
un fascio di raggi X. Subito dopo l’ondulatore magnetico<br />
gli elettroni ritorneranno nell’acceleratore<br />
principale, mentre i fotoni colpiranno un bersaglio<br />
in lega di titanio e produrranno coppie di elettroni<br />
e positroni. I positroni saranno raccolti e lanciati a<br />
loro volta nel loro acceleratore che li porterà a 5 GeV<br />
dopo un percorso di 250 metri.<br />
elettroni<br />
acceleratore lineare principale<br />
non in scala<br />
I rivelatori<br />
Viaggiando l’uno verso l’altro quasi alla velocità della luce, i pacchetti di elettroni e di<br />
positroni si scontreranno con un’energia di circa 500 GeV. Registreremo le spettacolari collisioni<br />
in due giganteschi rivelatori di particelle che si alterneranno nella raccolta dei dati.<br />
Questi rivelatori operano come fotocamere giganti, scattando istantanee delle particelle<br />
transeunti prodotte dalle collisioni elettroni-positroni. Per catturare le preziose informazioni<br />
su ciascuna particella prodotta in ogni interazione, i due rivelatori incorporeranno<br />
tecnologie all’avanguardia, diverse ma complementari. Avere due rivelatori consentirà un<br />
vitale controllo incrociato delle eventuali scoperte che potranno manifestarsi come effetti<br />
estremamente sfuggenti.<br />
Sorgente di<br />
positroni
Gli acceleratori lineari<br />
Due acceleratori lineari principali (denominati linac), uno per gli elettroni e l’altro per i positroni, ciascuno<br />
dei quali lungo 12 km, accelereranno i pacchetti di particelle verso il punto di collisione. Ciascun acceleratore<br />
è composto da strutture cave denominate cavità superconduttrici, annidate all’interno di una serie di serbatoi<br />
raffreddati noti come criomoduli. I moduli utilizzano elio liquido per raffreddare le cavità fino a –271 °C,<br />
temperatura solo leggermente superiore allo zero assoluto, per renderle superconduttrici. Le onde elettromagnetiche<br />
riempiono le cavità per ‘spingere’ le particelle, accelerandole ad energie fino a 250 GeV. Ciascun<br />
pacchetto di elettroni e positroni conterrà un’energia di circa un kilojoule, che corrisponde ad una potenza<br />
media del fascio di circa 10 megawatt. L’intero processo di produzione di elettroni e positroni, attenuazione<br />
e accelerazione sarà ripetuto cinque volte al secondo.<br />
Sorgente di elettroni<br />
anelli attenuatori acceleratore lineare principale<br />
Gli anelli attenuatori<br />
Una volta creati, né i pacchetti di elettroni né quelli<br />
di positroni sono abbastanza compatti da generare<br />
l’elevata densità necessaria a produrre copiose<br />
collisioni all’interno dei rivelatori. Due anelli<br />
attenuatori, della circonferenza di 6,7 km, uno per<br />
gli elettroni e uno per i positroni, risolveranno<br />
questo problema. In ciascun anello, i pacchetti attraverseranno<br />
ripetutamente una serie di ondulatori,<br />
dispositivi che fanno sì che le traiettorie dei<br />
fasci ‘oscillino’ in modo tale da rendere i pacchetti<br />
più compatti. Ciascun pacchetto impiega circa due<br />
decimi di secondo ad attraversare il proprio anello<br />
attenuatore, circolando in esso circa 10.000 volte<br />
prima di essere espulso. I magneti manterranno le<br />
particelle sul percorso, focalizzate nelle loro orbite<br />
circolari attorno all’anello. All’uscita dagli anelli<br />
attenuatori, i pacchetti saranno lunghi pochi millimetri<br />
e più sottili di un capello.<br />
31 km<br />
Positroni<br />
lunghezza = 310 campi di calcio<br />
Credito: form one ®<br />
I sistemi di trasporto del fascio<br />
Per massimizzare la luminosità, i pacchetti di<br />
particelle devono essere estremamente piccoli. Una<br />
serie di magneti, disposti lungo sistemi di trasporto<br />
del fascio lunghi 2 km su ciascun lato del punto<br />
di collisione, concentreranno i fasci in pochi<br />
nanometri di altezza ed in poche centinaia di<br />
nanometri di larghezza. I sistemi di trasporto del<br />
fascio elimineranno le particelle che si allontanano<br />
dall’orbita principale del fascio e proteggeranno i<br />
sensibili magneti e rivelatori. I magneti guideranno<br />
gli elettroni e i positroni in scontri frontali.<br />
22 | 23
03 | <strong>ILC</strong>: LA MACCHINA PER IL FUTURO<br />
Tutti i criomoduli devono superare una serie di test minuziosi.<br />
Credito: KEK
Le sfide principali<br />
Energia<br />
Le scale di energia che sonderemo con l’<strong>ILC</strong> sono<br />
ben oltre quelle mai ottenute da qualsiasi collisionatore<br />
di elettroni-positroni. Per ottenere<br />
un’energia del fascio fino a 250 GeV per particella,<br />
raggiungendo quasi 500 GeV per collisione, sarebbero<br />
necessari 167 miliardi di batterie standard AA<br />
una dopo l’altra.<br />
Tecnologia superconduttrice<br />
Una particella carica può essere accelerata solo da un<br />
campo elettrico. Per fornire l’accelerazione necessaria,<br />
utilizzeremo cavità superconduttrici al niobio. Il<br />
campo elettrico di accelerazione è stabilito fornendo<br />
impulsi di energia nelle cavità, che sono immerse in<br />
elio liquido ad una temperatura di –271 °C. Le cavità<br />
sono alloggiate in serbatoi circondati da scudi termici<br />
e da un serbatoio esterno (un criostato) per isolarle<br />
dall’esterno, che sarà più caldo di esse di 300 °C. A<br />
spingere in avanti elettroni e positroni saranno ben<br />
8.000 cavità, ciascuna lunga un metro, per ciascun<br />
acceleratore lineare e collocate nei criomoduli.<br />
Il gradiente di accelerazione<br />
Per le particelle, accelerazione significa sia un<br />
aumento di velocità che un aumento di energia. La<br />
sfida consiste nel fornire loro la massima energia<br />
sulla minima distanza possibile. Il gradiente di accelerazione<br />
è una misura di quanto un acceleratore<br />
possa aumentare l’energia di una particella di un<br />
dato valore, tipicamente espresso in volt per metro.<br />
Quanto più elevato è questo gradiente, tanto più<br />
corto, e quindi più economico, può essere l’<strong>ILC</strong>. Per<br />
una data lunghezza della macchina, il gradiente<br />
determina l’energia finale degli elettroni e dei positroni<br />
prima che essi si scontrino. La fisica di base<br />
definisce un limite superiore per le cavità superconduttrici.<br />
Stiamo cercando di avvicinare le nostre<br />
cavità quanto più possibile a questo limite. Quindici<br />
anni fa il massimo gradiente ottenuto era di circa<br />
cinque milioni di volt al metro. Con intense attività<br />
di Ricerca e Sviluppo questo valore è aumentato<br />
drasticamente e il nostro obiettivo di gradiente per<br />
l’<strong>ILC</strong> è ora di 31,5 milioni di volt al metro.<br />
Credito: DESY<br />
cavità superconduttrici<br />
di niobio<br />
24 | 25<br />
Come funzionano le cavità superconduttrici?<br />
Un generatore di tensione riempie<br />
ciascuna struttura cava con un campo<br />
elettrico. La tensione del campo cambia<br />
con una determinata frequenza: una<br />
radiofrequenza o RF. Le particelle cariche<br />
avvertono la forza del campo elettrico<br />
e accelerano. Se si costruisce la cavità<br />
a partire da un superconduttore, ad<br />
esempio il niobio, e la si raffredda quasi<br />
allo zero assoluto, si ha una ‘cavità RF<br />
superconduttrice’. Tali cavità conducono<br />
la corrente elettrica quasi senza perdita<br />
di energia, il che significa che quasi tutta<br />
l’energia elettrica è utilizzata per accelerare<br />
il fascio, invece di riscaldare le stesse<br />
strutture acceleranti.<br />
Progettare e costruire le cavità in<br />
modo ottimale non è semplice. Le<br />
cavità, lunghe 1 metro, sono realizzate<br />
a partire da nove celle, levigate per<br />
fornire uniformità della superficie<br />
al livello del micron, e sono prive di<br />
impurezze. Difetti significativi o polvere<br />
sulle superfici potrebbero causare la<br />
perdita della superconduttività senza<br />
sostenere il campo elettrico necessario<br />
per accelerare le particelle. Una<br />
serie di trattamenti e processi chimici<br />
estremamente dettagliati rendono le<br />
cavità letteralmente scintillanti.
03 | <strong>ILC</strong>: LA MACCHINA PER IL FUTURO<br />
una collaborazione<br />
globale per i rivelatori<br />
Da oltre un decennio l’esplorazione<br />
del menu della fisica possibile, nonché<br />
il lavoro necessario al disegno dei<br />
rivelatori, a sviluppare le loro tecnologie<br />
e alle attività correlate di Ricerca e<br />
Sviluppo, sono stati coordinati da un<br />
impegno globale denominato World<br />
Wide Study (WWS). Il WWS organizza<br />
annualmente seminari internazionali<br />
frequentati da centinaia di fisici. In<br />
queste riunioni, i partecipanti presentano<br />
e discutono nuovi scenari della<br />
fisica e sviluppano e ottimizzano tecniche<br />
per la scoperta e la misurazione<br />
dei nuovi fenomeni.<br />
Il rivelatore di vertici<br />
Al cuore del massiccio sistema di rivelatori<br />
dell’<strong>ILC</strong> si trova il rivelatore di vertici, un<br />
dispositivo di tracciatura molto compatto, della<br />
dimensione approssimativa di una bottiglia di<br />
vino, che circonda la regione di interazione.<br />
Composto da cilindri di rivelatori in silicio,<br />
questo dispositivo high-tech conterrà in totale<br />
circa un miliardo di pixel, equivalenti a centinaia<br />
delle migliori fotocamere digitali. Opera in modo<br />
molto simile ad una fotocamera 3D o ad un<br />
microscopio, in quanto misura i percorsi delle<br />
particelle in uscita con precisione del micron.<br />
Alcune delle particelle prodotte nelle collisioni<br />
potrebbero contenere esotici quark pesanti,<br />
che vivono per un millesimo di miliardesimo di<br />
secondo prima di decadere in forme più familiari<br />
di materia. Questi quark si rivelano decadendo<br />
in ‘vertici’ molto vicini al punto di collisione, ma<br />
da esso separati. I quark esotici, resi visibili dal<br />
rivelatore di vertici, possono indicare la strada<br />
per una nuova fisica.<br />
credito: Greg Stewart, SLAC<br />
Luminosità<br />
Per poter fare scoperte richiediamo grandi quantità di dati di alta<br />
qualità. Quanto maggiore è la frequenza con cui gli elettroni e i positroni<br />
collidono, tanto maggiore sarà la quantità di dati interessanti<br />
che saranno prodotti. Ciò richiede un’elevata luminosità, espressa<br />
come frequenza di collisioni per unità di area. Il requisito dell’<strong>ILC</strong> di<br />
luminosità superiore a 10 34 collisioni fra elettroni e positroni per centimetro<br />
quadrato al secondo rappresenta una sfida importante per il<br />
disegno di questa macchina. Possiamo ottenere questa luminosità così<br />
elevata stipando il maggior numero possibile di elettroni e positroni<br />
nei fasci più piccoli che possiamo produrre e accertandoci che i fasci<br />
collidano frontalmente. In pratica ciò significa forzare oltre 10 miliardi<br />
di elettroni e positroni in fasci alti circa 5 nanometri e larghi 500<br />
nanometri, infine dirigendo i pacchetti a scontrarsi utilizzando sistemi<br />
avanzati di feedback.<br />
I rivelatori di particelle<br />
I rivelatori di particelle costituiscono letteralmente la parte centrale<br />
dell’<strong>ILC</strong>. I rivelatori racchiuderanno il punto in cui gli elettroni e i<br />
positroni collidono e forniranno le informazioni necessarie per svelare<br />
l’Universo Quantistico. Per contenere tutti i componenti, i cavi ed un<br />
potente magnete saranno lunghi, alti e larghi dodici metri, praticamente<br />
delle dimensioni di un edificio di tre piani e peseranno diverse<br />
migliaia di tonnellate.<br />
Impiegando tecnologie all’avanguardia, molte delle quali erano<br />
inconcepibili 10 anni fa, i rivelatori registreranno ogni collisione che<br />
si verifica e ogni particella prodotta. Milioni di canali di elettronica<br />
registreranno le preziose informazioni e garantiranno che nulla<br />
sia perduto.<br />
Grazie a queste informazioni, saremo in grado di ricostruire ogni<br />
collisione e di esaminare ciascun ‘evento’ di questo tipo con precisione<br />
sufficiente a comprendere ciò che si è verificato. Questa analisi ci<br />
aiuterà a trovare gli eventi che contengono particelle di materia<br />
oscura, la particella di Higgs, le particelle supersimmetriche (o altre<br />
cose completamente impreviste) e a studiarle in maggior dettaglio.<br />
All’<strong>ILC</strong> intendiamo utilizzare i rivelatori per misurare le collisioni con<br />
una precisione mai raggiunta prima.
Credito: KEK<br />
26 | 27<br />
Le cavità superconduttrici, della<br />
lunghezza di 1 metro ciascuna, sono<br />
realizzate in puro niobio, e trattate e<br />
testate dagli scienziati per garantire<br />
capacità ad elevate prestazioni per<br />
particelle in accelerazione.
04 | UN PROGETTO GLOBALE<br />
Credito: Fermilab<br />
04 un Progetto<br />
gLobaLe<br />
L’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider sarà uno degli sforzi<br />
scientifici più sofisticati e di maggiori dimensioni.<br />
La pianificazione, la progettazione, il finanziamento<br />
e la costruzione dell’<strong>ILC</strong> richiederanno una<br />
partecipazione globale e un’organizzazione globale.<br />
La comunità della fisica delle particelle è abituata a<br />
collaborare su scala mondiale, ma costruire l’<strong>ILC</strong><br />
richiederà che ciò abbia luogo ad una scala ancora<br />
più grande.
L’impegno per un progetto globale<br />
L’<strong>International</strong> Committee on Future Accelerators<br />
(ICFA) ha incaricato un sottogruppo, noto come<br />
<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider Steering Committee<br />
(<strong>ILC</strong>SC), di pianificare una strategia globale per<br />
l’<strong>ILC</strong>. Per portare avanti questa strategia, l’<strong>ILC</strong>SC<br />
ha creato all’inizio del 2005 il Global Design Effort<br />
(GDE), un team internazionale di oltre 60 scienziati<br />
e ingegneri. Il GDE, guidato da Barry Barish,<br />
stabilisce la strategia e le priorità per gli oltre<br />
mille scienziati e ingegneri che, presso università<br />
e laboratori di tutto il mondo, al momento stanno<br />
collaborando al progetto.<br />
Il GDE ha supervisionato la produzione di un<br />
disegno di base per l’<strong>ILC</strong>, completato alla fine del<br />
2005. Questo progetto è stato utilizzato a sua<br />
volta come punto di partenza per il più dettagliato<br />
Rapporto di riferimento sulla progettazione, che<br />
fornisce una descrizione tecnica del progetto e<br />
include una stima iniziale dei costi. Il Rapporto di<br />
riferimento sulla progettazione rappresenta una<br />
pietra miliare sulla strada che porterà al disegno<br />
ingegneristico finale ed ad una stima più dettagliata<br />
dei costi.<br />
Il Rapporto di riferimento sulla progettazione è il<br />
punto di partenza per identificare le priorità della<br />
prossima fase ingegneristica, nonché per sviluppare<br />
il programma mondiale di Ricerca e Sviluppo<br />
che porterà ad ulteriori riduzioni dei costi e al<br />
miglioramento delle prestazioni.<br />
In parallelo, il World Wide Study ha prodotto un<br />
Rapporto sul concetto di rivelatore. Questo documento<br />
offre il quadro più aggiornato dei disegni<br />
concettuali, dei layout e delle tecnologie per i<br />
rivelatori di particelle.<br />
Il lavoro del GDE è stato monitorato da un gruppo<br />
internazionale di alto livello, composto da rappresentanti<br />
di agenzie di finanziamento di tutto<br />
il mondo: il Funding Agencies for Large Colliders<br />
(FALC). L’ulteriore pianificazione internazionale,<br />
comprendente la preparazione per la costruzione,<br />
continuerà analogamente, in una maniera globalmente<br />
collaborativa.<br />
considerazioni sul sito<br />
La progettazione e lo sforzo di Ricerca e Sviluppo<br />
dell’acceleratore e dei rivelatori per l’<strong>ILC</strong> sono distribuiti<br />
tra laboratori e università di tutto il mondo.<br />
Nei prossimi anni contiamo di giungere ad un progetto<br />
con un sito concordato a livello internazionale.<br />
Questo passo, di grande portata, dipenderà sia da<br />
informazioni tecniche che da considerazioni dei<br />
governi delle singole nazioni che potrebbero<br />
esprimere interesse ad ospitare l’<strong>ILC</strong>.<br />
Nella produzione del Rapporto di riferimento sulla<br />
progettazione, il GDE ha valutato alcuni siti campione<br />
nelle Americhe, in Asia e in Europa. Il sito<br />
deve poter ospitare i 72 km del complesso di tunnel<br />
necessario per costruire una macchina lunga 31 km,<br />
con alcune sezioni che si trovano a diverse centinaia<br />
di metri sotto terra. Esisteranno 13 punti di accesso<br />
principali con pozzi e tunnel del diametro massimo<br />
di nove metri. In totale, saranno richiesti oltre<br />
450.000 metri cubi di costruzioni sotterranee, comprendenti<br />
i lunghi tunnel principali, padiglioni e sale<br />
per i rivelatori e le apparecchiature di servizio.<br />
Le preoccupazioni primarie per qualsiasi sito comprenderanno<br />
la stabilità geologica, la qualità delle<br />
rocce in cui sarebbero scavati i tunnel, le vibrazioni<br />
meccaniche nel pavimento di tali tunnel dovute ad<br />
attività sismica, il ‘rumore’ industriale derivante<br />
dai lavori di costruzione e dal traffico e le problematiche<br />
relative all’impermeabilizzazione del<br />
tunnel dalle acque nel terreno. Sono state<br />
eseguite stime dei costi per le<br />
opere di ingegneria civile in<br />
ciascuno dei siti campione, interessando<br />
esperti di costruzioni<br />
di ciascuno sito. Sebbene esistano<br />
variazioni locali dei costi per alcuni<br />
servizi, il costo è risultato essere<br />
approssimativamente lo stesso<br />
per ciascun sito campione preso<br />
in considerazione.<br />
La selezione finale del sito implicherà<br />
la considerazione, da parte di molte<br />
nazioni, di una proposta per ospitare la struttura. Le<br />
procedure dovranno essere concordate dai partner<br />
internazionali di finanziamento.<br />
Credito: DESY<br />
Credito: DESY<br />
28 | 29<br />
Credito: KEK
04 | UN PROGETTO GLOBALE<br />
stima dei costi per la macchina ILc<br />
Il Rapporto di riferimento sulla progettazione fornisce il primo quadro tecnico dettagliato dell’<strong>ILC</strong>. Uno<br />
dei componenti più importanti nello sviluppo di questo disegno di riferimento è una comprensione<br />
adeguata dei costi per fornire un’indicazione affidabile della scala del progetto. Ugualmente importante<br />
è il fatto che questa stima preliminare contribuirà a guidare la fase finale dell’ingegnerizzazione del<br />
progetto. La stima sarà utilizzata per studiare opzioni che puntano ad un’ulteriore riduzione dei costi,<br />
per il miglioramento delle prestazioni e per lo sviluppo di un programma globale di Ricerca e Sviluppo<br />
che abbia chiare priorità. La stima fornirà anche importanti informazioni sul valore relativo delle diverse<br />
componenti e quindi consentirà ai partner di valutare i loro contributi.<br />
Questa stima fornisce una prima valutazione del costo dell’<strong>ILC</strong>. Serve come base preliminare per continuare<br />
la fase ingegneristica dell’<strong>ILC</strong> e queste stime continueranno ad evolvere. Non dovrebbe essere<br />
interpretata come il costo finale o il costo completo del progetto.<br />
Cosa abbiamo stimato?<br />
Abbiamo stimato due quantità: il VALORE per le<br />
parti fornite e la MANODOPERA (in anni-persona).<br />
Queste quantità sono indipendenti dai metodi<br />
di costo nazionali, ma possono essere tradotte in<br />
qualsiasi valuta locale o in qualsiasi sistema di<br />
costi. Il valore totale ha due componenti: il valore<br />
dei componenti condivisi e il valore dipendente dal<br />
sito scelto per ospitare la macchina.<br />
Quali sono i componenti condivisi?<br />
Sono componenti di alta tecnologia ed altre parti<br />
tecniche per i quali è presente una capacità globale<br />
che ci premette di fare una singola stima mondiale.<br />
Ad esempio, tutte le regioni possono fornire molti<br />
prodotti industriali per gli acceleratori, come<br />
magneti, tubi per vuoto, cavi, elettronica di controllo<br />
e alimentatori.<br />
Cosa significa ‘dipendente dal sito’?<br />
Si tratta di elementi quali la realizzazione dei tunnel,<br />
per cui prepariamo stime separate per ciascuna<br />
regione. Gli elementi dipendenti dal sito comprendono<br />
tutte le opere di ingegneria civile e i servizi<br />
pubblici quali la distribuzione di energia elettrica,<br />
i sistemi di raffreddamento dell’acqua e dell’aria e i<br />
sistemi di sicurezza. In genere si prevede che questi<br />
siano componenti i cui costi saranno sostenuti dal<br />
Paese ospitante.<br />
Come siamo arrivati a questa stima?<br />
Abbiamo ottenuto la nostra stima dei costi interessando<br />
esperti tecnici e di costi in Europa, in Asia<br />
e nelle Americhe. Abbiamo utilizzato un processo<br />
contabile che sta diventando standard per progetti<br />
scientifici internazionali quali l’<strong>International</strong><br />
Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). In base<br />
ai requisiti tecnici dettagliati dell’<strong>ILC</strong>, abbiamo determinato<br />
il valore dei componenti in base ad una<br />
richiesta mondiale di offerte per ottenere la qualità<br />
richiesta al costo minimo ragionevole.<br />
SIA LA MANODOPERA sia il VALORE sono stime<br />
acce ttate su scala internazionale per ciascun componente<br />
tecnico. Queste cifre saranno utilizzate<br />
dalle nazioni partner per ripartire i loro contributi<br />
in modo equo. Le stime di VALORE e di MANODOPERA<br />
possono essere convertite dalle singole agenzie di<br />
finanziamento per determinare i costi nei loro sistemi<br />
di valutazione dei costi e in unità monetarie locali.
Tecnologia<br />
dell’acceleratore<br />
lineare SCRF<br />
Trasporto del<br />
fascio al punto di<br />
interazione<br />
Suddivisione approssimativa<br />
della stima dell’<strong>ILC</strong> divisa per<br />
le principali categorie.<br />
Qual è la stima?<br />
Il valore stimato per i componenti <strong>ILC</strong> condivisi o<br />
“pacchetti di lavoro” è di 4,79 miliardi di unità di<br />
valore <strong>ILC</strong>. Un importante risultato del costo del<br />
valore condiviso è stato la fornitura di una solida<br />
base per determinare il valore relativo dei vari<br />
componenti o “pacchetti di lavoro”. Ciò ci consentirà<br />
di dividere in modo equo gli impegni della<br />
collaborazione mondiale. I componenti specifici<br />
del sito e la costruzione civile, che sono correlati ai<br />
costi diretti per fornire l’infrastruttura necessaria<br />
per costruire la macchina, sono stimati in<br />
1,83 miliardi di unità di valore <strong>ILC</strong>. I valori specifici<br />
del sito sono stati determinati come quasi identici<br />
per i siti campione americani, asiatici ed europei. I<br />
costi effettivi specifici per il sito dipenderanno dal<br />
sito in cui la macchina è costruita e dalle strutture<br />
già esistenti presso la sede. Il valore totale condiviso<br />
e dipendente dal sito, esclusa la manodopera, è perciò<br />
stimato in 6,62 miliardi di unità di valore <strong>ILC</strong>.<br />
Per questa stima, un’unità di valore <strong>ILC</strong> corrisponde<br />
a 1 dollaro USA (2007), 0,83 euro o 117 yen.<br />
La manodopera necessaria per supportare la<br />
costruzione è stimata in 14.000 anni-persona o<br />
24 milioni di ore-persona; questa cifra comprende<br />
l’amministrazione e la gestione del progetto,<br />
l’installazione e il test e ipotizza 1.700 ore-persona<br />
per anno-persona. Questa manodopera può essere<br />
fornita in modi diversi, una parte in appalto ed<br />
una parte utilizzando manodopera esistente in<br />
istituzio ni che partecipano alla collaborazione.<br />
Iniettori di elettroni e<br />
di positroni<br />
Infrastruttura di<br />
costruzioni civili<br />
Cosa include e cosa esclude la stima?<br />
Gli importi di VALORE e MANODOPERA<br />
comprendono:<br />
• costruzione di una macchina da 500 GeV e degli<br />
elementi essenziali per permettere l’opzione di<br />
un eventuale potenziamento a 1 TeV;<br />
• industria della lavorazione, progettazioni ingegneristiche<br />
finali e gestione della costruzione;<br />
• costruzione di tutte le strutture convenzionali<br />
tra cui tunnel, edifici di superficie, edifici per<br />
l’assemblaggio dei rivelatori, sale per esperimenti<br />
sotterranei e pozzi di accesso; e<br />
• manodopera, compresa quella per il personale di<br />
gestione e amministrativo.<br />
Gli importi di VALORE e MANODOPERA<br />
comprendono:<br />
• attività ingegneristiche, di progettazione o di<br />
preparazione che devono essere eseguite prima<br />
del finanziamento, ad esempio Ricerca e Sviluppo,<br />
studi di principio e test dei prototipi;<br />
• costi per l’acquisizione dei terreni di superficie o<br />
per servitù presenti sul sottosuolo;<br />
• rivelatori, per i quali si ipotizza il finanziamento<br />
con un accordo separato;<br />
• imprevisti per i rischi; e<br />
• aumento dei prezzi (inflazione).<br />
30 | 31
04 | UN PROGETTO GLOBALE<br />
Gli scienziati dell’<strong>ILC</strong> che<br />
risiedono in America, Asia ed Europa<br />
si incontrano regolarmente tramite<br />
videoconferenze.<br />
Credito: KEK
Per raggiungere una stima, il GDE ha utilizzato un<br />
pro cesso di contabilità del valore che sta diventando<br />
standard per progetti scientifici internazionali.<br />
I passi successivi<br />
Dal momento della decisione di utilizzare una<br />
tecnologia superconduttrice a metà del 2004 e<br />
dalla successiva fondazione del GDE all’inizio<br />
del 2005, l’<strong>ILC</strong> ha compiuto notevoli progressi. La<br />
pubblicazione del Rapporto di riferimento sulla<br />
progettazione completa questa fase iniziale e segna<br />
l’inizio di una nuova era.<br />
Credito: DESY<br />
Nei prossimi passaggi evolveremo e miglioreremo il<br />
disegno attraverso un continuo processo di Ricerca<br />
e Sviluppo e ingegnerizzazione dei costi. Puntiamo<br />
a fare scelte ingegneristiche per ottimizzare ulteriormente<br />
le prestazioni relative ai costi. Questo<br />
processo richiederà alcuni anni, utilizzando la base<br />
fornita dal Rapporto di riferimento sulla progettazione,<br />
e condurrà ad un disegno tecnico dettagliato. La<br />
progettazione formerà un piano, con una stima dettagliata<br />
dei costi, in modo che la costruzione dell’<strong>ILC</strong><br />
possa iniziare, nel sito selezionato, all’inizio del prossimo<br />
decennio. In parallelo, i team del World Wide<br />
Study continueranno a perfezionare il disegno dei<br />
rivelatori di particelle. A partire dall’approvazione<br />
formale del progetto, stimiamo che il tempo necessario<br />
a costruire il complesso dell’acceleratore e dei<br />
rivelatori sia di circa sette anni.<br />
2005 2006 2007 2008 2009 2010<br />
Configurazione iniziale<br />
PROGETTO GLOBAL DESIGN EFFORT<br />
Progetto di riferimento<br />
Un possibile sviluppo temporale tecnico per l’<strong>ILC</strong><br />
Gestione internazionale<br />
32 | 33<br />
Progetto tecnico Programma di Ricerca<br />
e Sviluppo dell’<strong>ILC</strong><br />
Interesse espresso ad ospitare l’<strong>ILC</strong>
05 | LA STRADA VERSO IL FUTURO<br />
Credito: KEK
05 La strada verso<br />
IL futuro<br />
Ogni giorno, centinaia di migliaia di persone salgono su aeroplani per dirigersi verso luoghi che desiderano<br />
esplorare. Ritornano con storie, impressioni e nuove prospettive sulle cose di tutti i giorni.<br />
Ogni giorno nascono centinaia di migliaia di bambini. Man mano che crescono, imparano a formulare<br />
domande sul mondo e sul posto che vi ricoprono. La curiosità, l’esplorazione e la scoperta guidano le<br />
nostre vite e sta a noi stabilire i confini di ciò che desideriamo conoscere.<br />
La prossima generazione<br />
Per esplorare il mondo subatomico, i fisici delle alte<br />
energie devono navigare nel mondo di ogni giorno.<br />
Un tipico fisico potrebbe avere studiato all’università<br />
con americani, tedeschi o indiani, aver condiviso<br />
uno studio con dottorandi coreani o giapponesi, aver<br />
risolto problemi presso una scuola estiva con russi<br />
e francesi, aver stretto amicizie con inglesi e italiani,<br />
aver lavorato sui dati assieme a canadesi e giapponesi<br />
e aver assistito a riunioni in Finlandia e Cina.<br />
Queste esperienze e la conoscenza di culture diverse<br />
diventano per lui una seconda natura. I laureati in fisica<br />
portano con sé, in lavori esterni alle unversità ed<br />
ai laboratori, la loro apertura mentale. Più della metà<br />
degli studenti che ottengono il dottorato in Fisica<br />
delle particelle scelgono di lavorare per l’industria<br />
high-tech, istituzioni finanziarie e attività legate<br />
all’informatica. La richiesta dei loro talenti deriva<br />
dalle loro vaste conoscenze e dalla loro conoscenza<br />
della fisica. Ciò va a vantaggio di tutti.<br />
Oggi, presso laboratori e università di tutto il mondo,<br />
diverse centinaia di studenti, sotto la guida di scienziati<br />
e ingegneri più esperti, stanno già contribuendo<br />
all’<strong>ILC</strong>. Stanno lavorando insieme superando gli<br />
ostacoli dei fusi orari, delle frontiere e delle lingue.<br />
L’<strong>ILC</strong> fornisce un punto di riferimento per future collaborazioni<br />
mondiali nella scienza, nella tecnologie<br />
e oltre. Porterà la collaborazione internazionale nella<br />
scienza e nella tecnologia a nuovi livelli e può essere<br />
un modello per i progetti scientifici emergenti del<br />
nostro nuovo secolo.<br />
34 | 35<br />
Credito: DESY
05 | LA STRADA VERSO IL FUTURO<br />
Credito: DESY<br />
Le industrie di tutto il mondo giocheranno<br />
un ruolo importante nella costruzione<br />
dell’<strong>ILC</strong>, compresa la costruzione di<br />
questi criomoduli.<br />
un percorso rapido per l’industria<br />
Abbiamo bisogno di partner forti nell’industria e<br />
nella tecnologia per realizzare l’<strong>ILC</strong>. Aziende di tutto<br />
il mondo saranno parte dell’avventura. Produrranno<br />
milioni di componenti, da quelli minuscoli a quelli<br />
di grandi dimensioni, da quelli delicati a quelli robusti.<br />
Molte produzioni porteranno un avanzamento<br />
delle conoscenze tecnologiche in termini di precisione,<br />
affidabilità e volume di produzione. Come<br />
esempio, ecco un elenco di alcune necessità per l’<strong>ILC</strong>:<br />
• 16.000 cavità superconduttrici di niobio puro;<br />
• 2.000 criomoduli per racchiudere le cavità,<br />
a temperature basse quanto quelle dello<br />
spazio esterno;<br />
• 700 klystron, dispositivi che alimentano la<br />
macchina in maniera analoga ai pacemaker,<br />
operando in sincronizzazione con tempi precisi;<br />
• Oltre 70 km di un complesso di tunnel.<br />
Questi, e molti altri, sono requisiti realmente impegnativi.<br />
Siamo fiduciosi che il settore industriale<br />
saprà accettare la sfida; porterà le ditte coinvolte in<br />
un rapido percorso verso nuovi prodotti e tecnologie<br />
in grado di modificare la nostra vita quotidiana.<br />
Scienziati, ingegneri e rappresentanti dell’industria<br />
stanno già discutendo su come raggiungere questi<br />
obiettivi. In forum industriali in tutto il mondo, gli<br />
esperti scientifici e industriali stanno cooperando per<br />
sviluppare prototipi, ottimizzare le progettazioni per<br />
la produzione di grandi volumi di componenti tecnici<br />
di alta qualità e capire come rispettare le tolleranze e<br />
le specifiche dell’<strong>ILC</strong>. Tutto ciò deve essere ottenuto ad<br />
un costo contenuto.
L’<strong>ILC</strong> necessiterà di 16.000 di queste cavità superconduttrici,<br />
prodotte dai partner industriali del progetto.<br />
Componenti provenienti da tutti gli angoli del<br />
mondo dovranno poter essere fatti funzionare<br />
collettivamente senza problemi. Ad esempio, i fasci<br />
non dovranno mai sapere né preoccuparsi di dove<br />
sia stata prodotta una cavità di niobio. I vuoti, le<br />
impurità o le imperfezioni in una cavità potrebbero<br />
danneggiare la superconduttività; nella migliore<br />
delle ipotesi ciò ne comprometterebbe le prestazioni,<br />
mentre nel peggiore influenzerebbe i nostri risultati<br />
scientifici. Dobbiamo comprendere i rischi, minimizzarli<br />
e tenerne conto nella progettazione industriale<br />
in modo da massimizzare le prestazioni complessive.<br />
La comunità della fisica delle particelle è usa a<br />
sviluppare strumenti speciali e sappiamo già che<br />
molte delle nostre tecnologie hanno significative<br />
applicazioni in altri campi vicini alla vita di tutti<br />
giorni. Il World Wide Web è un esempio noto a tutti<br />
che ha trasformato la società. Forse meno ampiamente<br />
noti, ma di profonda importanza, sono i circa<br />
20.000 acceleratori utilizzati oggi per applicazioni in<br />
tutto il mondo. Di questi circa la metà è utilizzata per<br />
diagnostica medica e varie terapie, tra cui quelle dei<br />
tumori. I progressi medici basati su queste tecnologie<br />
continueranno ad avere un forte impatto sulle<br />
nostre vite.<br />
Lo stesso sarà vero per le tecnologie a cui stiamo<br />
lavorando per l’<strong>ILC</strong>. Oggi gli acceleratori basati<br />
sulla tecnologia superconduttrice sono progettati<br />
e costruiti per essere utilizzati in molti settori della<br />
scienza e della medicina, ad esempio in strumenti<br />
di ultima generazione utilizzati per l’acquisizione di<br />
immagini radiografiche. Lo sviluppo di strumenti e<br />
tecniche di diagnostica avanzata, sistemi di controllo<br />
e metodi per gestire l’isolamento delle vibrazioni,<br />
sono tutti esempi di tecnologie chiave per questi<br />
nuovi strumenti.<br />
Credito: Fermilab<br />
Credito: Fermilab<br />
36 | 37<br />
Credito: DESY<br />
Credito: KEK
05 | LA STRADA VERSO IL FUTURO<br />
oltre l’orizzonte<br />
Sappiamo quale è la nostra destinazione: fornire<br />
le risposte alle grandi domande della scienza.<br />
Sappiamo quale è il nostro mezzo di trasporto:<br />
l’<strong>International</strong> <strong>Linear</strong> Collider. La prossima pietra<br />
miliare del nostro viaggio è il Rapporto tecnico sulla<br />
progettazione, che costituirà la piattaforma da<br />
sottoporre ai governi per la scelta del sito e la<br />
costru zione dell’<strong>ILC</strong>. Negli anni che ci separano da<br />
questo obiettivo ci proponiamo di ottenere, dalle<br />
nostre ricerche, risultati importanti: miglioreremo<br />
le nostre tecnologie; l’LHC ci fornirà un primo<br />
sguardo alla scala del “Tera”. I risultati attireranno<br />
tutta la nostra immaginazione. Emergeranno<br />
nuove domande e l’<strong>ILC</strong> sarà il nostro veicolo per<br />
comprendere cosa troviamo con l’LHC.<br />
Quando lanceremo l’<strong>ILC</strong>, enormi macchine per<br />
scavare tunnel si apriranno la strada attraverso<br />
oltre 70 km di tunnel e pozzi. Ci saranno numerose<br />
pietre miliari: tunnel completati, processi<br />
di produzione portati a termine, primo criomodulo<br />
consegnato, ultimo magnete installato,<br />
rivelatori portati nella loro caverna, primi fasci<br />
nell’acceleratore, prime collisioni, prima scienza.<br />
Siamo ansiosi di raggiungerle.<br />
Quali sono i costituenti fondamentali della materia<br />
e come si uniscono per dare forma al mondo?<br />
Esistono altre dimensioni oltre le tre note ai nostri<br />
sensi di tutti i giorni? Le forze della natura sono<br />
tutte aspetti di un singolo tutto unificato? Da dove<br />
proviene la materia? Qual è la natura della materia<br />
oscura che lega insieme le galassie?<br />
Vogliamo risolvere questi misteri.
GLOBAL DESIGN EFFORT<br />
2008<br />
http://www.linearcollider.org<br />
communicators@linearcollider.org<br />
P.O. Box 500<br />
Batavia,<br />
IL 60510<br />
USA<br />
1-1 Oho,<br />
Tsukuba Ibaraki,<br />
305-0801<br />
Japan<br />
DESY-FLC<br />
Notkestrasse 85,<br />
22607 Hamburg<br />
Germany