SuperB, alla scoperta dell’universo

Roberto Petronzio.

Lo scorso 7 ottobre è stato siglato l’atto di nascita del Laboratorio Nicola Cabibbo, il centro internazionale di Fisica promosso dall’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) e dall’Università di Roma Tor Vergata che porterà, nel 2017, alla nascita del grande acceleratore SuperB nel campus universitario romano, dove occuperà un’area di circa 30 ettari. Il nostro Paese avrà così a disposizione un’infrastruttura internazionale per la ricerca fondamentale e applicata, e per lo sviluppo di innovazioni tecnologiche. Il progetto SuperB riguarda lo studio di fenomeni naturali molto rari che dovrebbero permettere di fare luce sui meccanismi di funzionamento della natura. Un acceleratore di particelle farà collidere materia e anti-materia con un’intensità cento volte superiore a quelle mai raggiunte sinora nel mondo in simili esperimenti. Dall’analisi di queste collisioni, sarà possibile ottenere nuovi indizi sulle questioni fondamentali della fisica moderna, sull’origine e l’evoluzione del nostro universo dal Big Bang a quanto osserviamo oggi, sull’origine della massa, sulla materia oscura. Al professor Roberto Petronzio, presidente dell’INFN e docente di Fisica Teorica all’Università di Roma Tor Vergata, abbiamo chiesto di illustrarci il progetto e il suo significato scientifico.

Prof. Petronzio, com’è strutturato il progetto di SuperB e chi vi partecipa?
Dal punto di vista legale, il progetto sarà attuato attraverso un Consorzio, da poco creato, denominato Laboratorio Nicola Cabibbo e attualmente partecipato dall’Infn e dall’Università di Roma Tor Vergata in qualità di soci fondatori. Il Consorzio ha il compito di realizzare un laboratorio che ospiterà l’acceleratore SuperB ed è aperto all’ingresso di nuovi soci. Nei prossimi mesi, per esempio, sarà formalizzata l’adesione dell’Istituto Italiano di Tecnologia. Ma è aperto anche a partner stranieri: l’intento è di  coinvolgerli soprattutto nel lavoro di costruzione della struttura. Gli aspetti sperimentali dei progetti scientifici, infatti, sono sempre di carattere internazionale, ma non è così scontato che lo siano quelli operativi riguardanti la costruzione vera e propria degli elementi del progetto. Ed è una delle sfide che ci attendono nella realizzazione di SuperB: costruire in modo internazionale. Nel passaggio dalla fase progettuale a quella costruttiva, ci si dovrà avvalere di operatori in parte dell’Infn e in parte provenienti da enti stranieri. Pertanto, alla serie di accordi intercorsa per la stesura del progetto, seguiranno accordi per la sua costruzione. Inoltre, entro un paio di anni il progetto dovrebbe assumere la forma giuridica di una struttura di ricerca europea chiamata ERIC (Consorzio di Ricerca Europea delle Infrastrutture), non solo partecipata da componenti internazionali, ma anche avente caratteristiche di internazionalità, quali l’esenzione dall’Iva. Dal punto di vista scientifico, sono coinvolti molti Paesi. La costruzione del rivelatore impegnerà laboratori e università di molte nazioni, tra cui, oltre all’Italia, Canada, Stati Uniti, Francia, Polonia, Russia, Spagna, Regno Unito.

Cosa si studierà con il nuovo acceleratore?
I ricercatori che partecipano a questo progetto studieranno i decadimenti di “quark pesanti” e di “leptoni” per cercare deviazioni dal Modello Standard della fisica classica delle particelle, la quale, al momento, è la migliore teoria di cui disponiamo per descrivere i fenomeni subnucleari. L’esperimento è basato sulla produzione di quark di tipo “bottom” e “charm”, e di leptoni “tau” nelle collisioni fra elettrone e positrone, con una intensità cento volte superiore a quelle mai raggiunte prima. L’eccezionale intensità della collisioni è resa possibile dall’uso di piccolissimi fasci di particelle, chiamati “nano-beams”, sviluppati da ricercatori italiani e testati per la prima volta nei laboratori nazionali dell’Infn di Frascati.

Che analogie e differenze esistono con gli esperimenti condotti nella macchina LHC del Cern di Ginevra?
Si tratta di due approcci complementari che servono a ottenere informazioni molto simili. Con LHC si incrementa l’energia dei fasci di particelle per produrre stati nuovi, che poi decadono, e osservarne le proprietà (es. particelle che hanno popolato i primi stadi di vita dell’universo). Con SuperB, invece, si studieranno, attraverso la meccanica quantistica, gli effetti di eventi prodotti con elevatissima intensità, per indagare le particelle che popolavano i primi istanti dell’universo e le interazioni fondamentali di quest’ultimo. Si calcola che l’acceleratore produrrà circa 10 miliardi di eventi utili all’anno, un numero che consentirà di individuare eventi anomali, riconducibili a nuove popolazioni di particelle, anche se presenti in percentuale molto ridotta (es. una parte su 1 milione, una parte su 10 milioni ecc.).

Schema della produzione di quark pesanti nell’acceleratore SuperB.

Quali saranno le applicazioni in altre discipline scientifiche?
SuperB rappresenta anche un’infrastruttura di ricerca multidisciplinare. I fasci luminosi dell’acceleratore, emessi dagli elettroni e dai positroni durante la loro corsa, possono essere usati come sorgente di luce di sincrotrone e la tecnica dei “nano-beams” può servire a ottenere immagini tridimensionali (eventi) di oggetti in tempi brevissimi con una risoluzione nanometrica, cioè dell’ordine della scala atomica. Semplificando, possiamo dire che è come se da questa macchina si sviluppassero, lungo la tangente, tanti microscopi per “mettere sotto la lente” esperimenti di biologia, nanotecnologia ecc. Ne discendono applicazioni di estremo interesse in molti campi di ricerca, dalla biomedicina, alla scienza dei materiali.

Perché la scelta del nome “SuperB”?
Il termine si riferisce ai “quark B”, particelle pesanti che, con maggiore probabilità di altre, sono in grado di manifestare effetti rari.

Quali sistemi di calcolo per l’elaborazione dei dati saranno necessari a supporto degli esperimenti?
Si prevede che a regime sarà prodotto un flusso di dati dell’ordine di 80 miliardi di bit al secondo: una mole di informazioni equivalente a quella trasmessa contemporaneamente da 4000 canali televisivi ad alta definizione. Solo cercando in un insieme così vasto di eventi, SuperB può trovare interazioni rare che nessun esperimento precedente ha mai visto. Setacciare gli eventi raccolti, attraverso selezioni sempre più raffinate, sarà un compito che i fisici potranno svolgere servendosi di un complesso e avanzato sistema di calcolo distribuito, interconnesso dalle reti digitali di ultima generazione e orchestrato attraverso le nuove tecnologie Grid sviluppate per LHC. Le decine di migliaia di unità di calcolo e di stoccaggio dati saranno ospitate presso centri italiani ed esteri.

SuperB è un progetto ambizioso anche dal punto di vista economico. Da dove arriveranno i finanziamenti?
Il progetto, così come è stato presentato, ha un costo di 650 milioni di euro, di cui 250 forniti dal Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca; 150 milioni saranno coperti dallo stipendio del personale che vi lavorerà; 50 milioni sono conteggiati come sovrastima a titolo precauzionale; altri 50 milioni sono necessari per le attività di calcolo ed è pertanto prevista l’emanazione di un bando ministeriale in merito nei prossimi mesi; circa 80 milioni saranno donati dallo SLAC National Accelerator Laboratory di Menlo Park, in California, attraverso i componenti di un acceleratore da poco dismesso (esperimento BaBar). Restano da reperire ancora 70 milioni di euro. Tuttavia, se pensiamo che numerosi progetti di ricerca europei sono finanziati soltanto per la metà dei costi necessari a coprirli, possiamo ritenerci molto soddisfatti, poiché con SuperB siamo già riusciti a reperire, sulla carta, l’80% dei finanziamenti.
di B. Merlo

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