La scienziata Cobal racconta i grandi esperimenti in FVG

(TILANCIO) – Trieste 27 aprile 2022 – Individuare i mattoni fondamentali della materia, esplorare i raggi cosmici e quelli gamma, fare ricerca sulla materia oscura e sull’antimateria nel Cosmo, indagare sull’origine della nostra galassia. Non è la trama di un film di fantascienza, né la promessa di un genio visionario. É scienza. É la fisica che si fa a Trieste da mezzo secolo.

   La sezione del capoluogo giuliano dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) compie 50 anni e celebra l’importante evento con il Gruppo Collegato di Udine. Nata nel 1958 come sottosezione di Padova, diventava autonoma il 21 aprile 1972. Da allora, come spiega il fisico Marina Cobal, che ha partecipato alle celebrazioni dell’anniversario, “Particelle, astroparticelle e astrofisica sperimentale sono identitari per Trieste”.

  Marina Cobal è professore ordinario dell’Università di Udine e coordinatrice del Gruppo Collegato INFN nella stessa città. Insieme a Fabiola Gianotti, direttrice generale del CERN, e altri direttori di laboratori europei, è membro dello Steering Committee europeo del Future Circular Collider, il collisore che si attiverà dal 2045 per studiare il bosone di Higgs con una energia 7 volte superiore all’attuale (l’acceleratore LHC).

Professoressa Cobal, su quali progetti è focalizzata la ricerca dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare a Trieste e in Friuli Venezia Giulia?

Le attività di ricerca dell’INFN si svolgono tutte in un ambito di competizione internazionale e in stretta collaborazione con il mondo universitario italiano, sulla base di consolidati e pluri-decennali rapporti.

Una parte importante della ricerca è focalizzata sullo studio delle interazioni dei costituenti fondamentali della materia attraverso esperimenti con gli acceleratori di particelle. La teoria che definisce le nostre attuali conoscenze di fisica subnucleare è chiamata Modello Standard. L’impiego di acceleratori ad energie sempre più elevate consente di ottenere nuove particelle non presenti in condizioni ordinarie in natura e aventi masse via via crescenti. Lo scopo delle attuali ricerche è di ottenere un’approfondita conoscenza di alcuni aspetti, come il meccanismo di generazione della massa di tali particelle (a cominciare dal bosone di Higgs, scoperto nel 2012) e l’individuazione di possibili scenari di Nuova Fisica.

   Astroparticelle e astrofisica sperimentale sono identitari per Trieste:  l’esplorazione dei raggi cosmici ha visto – a partire dagli anni Novanta – diversi importanti esperimenti dedicati alla studio della natura della materia oscura, dell’asimmetria tra materia ed antimateria nel Cosmo, e dell’origine e dell’evoluzione della materia nella galassia. Importante anche lo studio dei raggi gamma per il quale si sono susseguiti diversi esperimenti, capaci di esplorare energie sempre più elevate.

   Per il settore nucleare si studiano invece le interazioni ultrarelativistiche di ioni, ma anche gli atomi muonici per misurare il raggio del protone; l’impegno prosegue nella misura di sezioni d’urto neutroniche, importanti anche per l’astrofisica e le tecnologie nucleari.

   La fisica teorica ha una grande storia a Trieste, che continua con ricerche focalizzate in Teoria dei campi e delle stringhe, Fenomenologia delle interazioni fondamentali, Fisica matematica e statistica, Fisica nucleare e astroparticellare.

Una parte dei ricercatori INFN poi, si concentra interamente sulla ricerca tecnologica, di servizio agli esperimenti ai quali l’ente partecipa, ma anche rivolta a sviluppare tecnologie che non siano solo utili nelle ricerche di fisica fondamentale, ma anche in altri campi di ricerca e della vita economica e sociale.

L’evento celebrativo del cinquantesimo anniversario ha ricordato le figure e le tappe cruciali della ricerca in fisica nucleare. Quali sono i filoni principali e e in grado di proiettarci nel futuro?

Sicuramente la fisica delle particelle e delle astroparticelle, ovvero le ricerche nell’ambito dell’infinitamente piccolo e dell’infinitamente grande. Nella fisica delle particelle l’INFN Trieste, con anche il Gruppo Collegato di Udine, ha contribuito a misure e scoperte in tutti i più importanti esperimenti degli acceleratori in Europa, negli USA e in Giappone, ed è già pronta a partecipare agli sviluppi futuri che speriamo ci consentiranno di capire cosa ci sia oltre al Modello Standard. Questi sviluppi includono il Future Circular Collider del CERN di Ginevra, che dovrebbe cominciare a funzionare nel 2045 per studiare anche, ma non solo, il bosone di Higgs, e poi verso il 2070 come collisore adronico (come l’attuale acceleratore LHC, ma con una energia 7 volte superiore), il Muon Collider che potrebbe realizzare le prime collisioni al mondo muone-antimuone ad alta energia – per trovare nuova fisica – e infine l’EIC, un collisore dove un fascio di elettroni verrebbe “sparato” contro un fascio di protoni o ioni per investigare la struttura interna di queste particelle in termini di quark e gluoni.

   Le nuove frontiere della fisica astroparticellare saranno invece esplorate in futuro dal progetto CTA (Cherenkov Telescope Array) che prevede la realizzazione di due grandi osservatori astronomici (uno nell’emisfero nord ed uno nell’emisfero sud della Terra) che studieranno l’Universo attraverso i raggi gamma di altissima energia.

   E poi naturalmente ci sono gli esperimenti sulla rivelazione e lo studio delle onde gravitazionali, che per il futuro potrebbero includere il visionario progetto dell’Einstein Telescope, un rilevatore interferometrico sotterraneo di terza generazione (attualmente in fase di studio), basato sul successo dei rilevatori di seconda generazione come Advanced Virgo – al quale partecipa anche Trieste – e sulle loro osservazioni che hanno valso il Nobel per la scoperta delle onde gravitazionali nel 2017. 

Quali sono i principali trasferimenti tecnologici nel suo settore di ricerca?

Nello svolgere le sue attività istituzionali di ricerca, l’INFN genera continuamente tecnologia che, opportunamente declinata, può produrre un grande impatto sulla società civile e industriale. 

A Trieste, in particolare, c’è stato lo sviluppo di rivelatori al silicio per applicazioni in campo medico, una linea di ricerca iniziata da Edoardo Castelli all’inizio degli anni Novanta.

   Il mio settore di ricerca è la fisica delle particelle. Tra le applicazioni più note che sono nate dall’ambiente di ricerca della fisica delle particelle vi sono:

il World Wide Web, nato al CERN per far comunicare efficientemente gli scienziati delle grandi collaborazioni scientifiche internazionali, ma diventato poi uno strumento di comunicazione globale, il protocollo HTTP ed il linguaggio HTML;
i rivelatori di particelle utilizzati per diagnostica medica
l’adroterapia, che ci aiuterà a curare il cancro attraverso l’uso di acceleratori. 
Grazie alla possibilità di controllare con precisione l’energia e la localizzazione delle particelle accelerate, è possibile depositare dosi di radiazione in maniera controllata per distruggere le cellule cancerose senza danneggiare i tessuti circostanti;
la tomografia a emissione di positroni, o PET, uno strumento di diagnostica medica che utilizza l’antimateria.

  Adesso è pronto a partire il progetto INFN.Open (Open INnovation from Fundamental Nuclear research): finanziato con 1,7 milioni di euro, sarà interamente dedicato alla valorizzazione delle conoscenze dell’Istituto al di fuori dell’ambito d’azione dell’INFN. L’obiettivo è mettere tali conoscenze al servizio della società, costruendo un nuovo spazio fatto di strumenti, procedure e relazioni, dove i risultati della ricerca possano velocemente trovare una strada verso le applicazioni.
(MARIFRE)