Ricercatori per un giorno al CNAO di Pavia

Source: Ricercatori per un giorno al CNAO di Pavia

Il 6 febbraio scorso gli studenti del Liceo Brandolini Rota di Oderzo (TV) hanno preso parte a un esperimento presso il Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) di Pavia. Gli studenti hanno realizzato, con una stampante 3D costruita da uno di loro, il modello di un cranio nel quale era alloggiato il modello di un cervello costituito di sezioni trasversali dello spessore di alcuni cm l’una. Il cranio è stato esposto a uno dei fasci di protoni del CNAO, simulando un trattamento di adroterapia.

Il progetto nasce nel 2015, quando i ragazzi del liceo, guidati dalla Prof.ssa Katia Vittor, partecipano al concorso del CERN “A beamline for schools“. Il concorso internazionale, giunto quest’anno alla sua terza edizione, mette in palio l’uso di un fascio di protoni al CERN per l’esecuzione di un esperimento proposto da una scuola. L’edizione 2015 è stata vinta dal Liceo Scientifico Leonardo da Vinci di Firenze, con la proposta di usare il sensore di una webcam per rivelare il passaggio di particelle. Tuttavia, data la presenza di molti progetti validi, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ha deciso di dare a un’altra squadra una sorta di “premio di consolazione”, ossia l’opportunità di realizzare l’esperimento proposto nel nostro Paese. Una commissione ha individuato nella scuola di Oderzo quella più meritevole. Con la collaborazione della Dr.ssa Silvia Meneghello, responsabile della comunicazione CNAO, abbiamo così organizzato la visita presso questo centro, che sembrava la scelta naturale per il tipo di proposta.

Il Dr. Marco Pullia, responsabile della ricerca e sviluppo CNAO, ha accolto i ragazzi, accompagnati dalle insegnanti Catia Parolin e Lara Visentin, con un interessante seminario sulle tecniche di accelerazione delle particelle e sull’uso terapeutico dei fasci di adroni. Subito dopo il gruppo ha visitato il centro e raggiunto la sala d’irraggiamento dove ha posizionato il cranio sul lettino dopo aver inserito tra le sezioni del cervello alcune lastre radiosensibili. Sono stati gli stessi ragazzi della Brandolini Rota ad azionare l’interruttore che dà il via all’irraggiamento, dopo il quale hanno potuto analizzare le lastre per osservare gli effetti della radiazione. Nel primo irraggiamento il fascio penetrava nell’organo molto più del previsto. La stampa 3D, infatti, per ragioni di economia e strutturali, non produce solidi pieni, ma forme al cui interno è presente una struttura a nido d’ape. Gli irraggiamenti sono stati quindi ripetuti con energie minori del fascio e così si è giunti a osservare sia il picco di Bragg che la struttura alveolare dell’interno del cervello stampato.

Gli studenti hanno così avuto l’opportunità di eseguire un esperimento durante il quale l’interpretazione dei dati sperimentali ha condotto a informazioni altrimenti impossibili da ottenere da una semplice analisi visiva: un’attività tipica della ricerca in fisica.

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Il bosone di Higgs potrebbe distruggere l’Universo

Che scemenze che tocca leggere! Non ho ancora capito se chi scrive queste cose lo fa apposta oppure davvero non capisce nulla di quel che scrive…

Leggo da un articolo su Repubblica online: lo scienziato allerta sui potenziali rischi legati agli esperimenti sulla cosidetta “particella di Dio”... Ma si può scrivere una scemenza del genere? Ma quando mai?

Quel che c’è scritto sul libro di Hawking è questo: “The Higgs potential has the worrisome feature that it might become metastable at energies above 100 billion gigaelectronvolts (GeV). This could mean that the universe could undergo catastrophic vacuum decay, with a bubble of the true vacuum expanding at the speed of light. This could happen at any time and we wouldn’t see it coming.”

Il cosiddetto problema della stabilità del vuoto è noto almeno dal 1974 (ben prima che si scoprisse il bosone di Higgs, ma dieci anni dopo la sua ipotesi) ed evidentemente non ha nulla a che fare con la scoperta del bosone. Il bosone, evidentemente, esisteva anche prima di essere scoperto, quindi anche se non l’avessimo scoperto un eventuale suo ruolo nella morte dell’Universo così come lo conosciamo sarebbe stato indipendente dagli esperimenti. Che c’entrano gli esperimenti? I rischi legati agli esperimenti? Ma che dite?

Detto questo, il problema è tale solo per gli scienziati! Voglio dire che nel nostro ambiente il termine “problema” di usa quando qualcosa non si capisce, non nell’accezione in cui normalmente questa parola è usata (ho un problema: la macchina non parte e farò tardi al lavoro!). In cosa consiste il problema?

Il campo di Higgs, che è quello che dà origine alla massa delle particelle interagendo con esse, ha una curiosa proprietà: se fossimo capaci di rimuoverne un po’ da una regione dell’Universo si troverebbe in una condizione energetica instabile che lo spingerebbe a riformarsi immediatamente e spontaneamente. In altre parole possiamo pensare (molto superficialmente) che un Universo completamente vuoto sia estremamente instabile e che tenda ad evolvere spontaneamente verso una condizione nella quale è presente una certa quantità di campo di Higgs. Quando un sistema evolve spontaneamente verso una condizione lo fa perché la nuova condizione è energeticamente favorevole rispetto a quella iniziale: un Universo vuoto (pieno di nulla) ha quindi un’energia maggiore rispetto a quella posseduta da un Universo riempito di campo di Higgs. Quindi l’Universo tende a stare in una condizione che rappresenta un minimo dell’energia. Il problema consiste nel fatto che, in linea di principio, di questi minimi ce ne potrebbero essere più d’uno. In particolare non si può escludere, nota ormai la massa del bosone, che esista un minimo più favorevole rispetto a quello in cui ci troviamo oggi. Se esistesse quest’altro minimo l’Universo potrebbe transire spontaneamente verso questa condizione, nella quale le leggi fisiche sarebbero del tutto diverse e dunque non potremmo esistere.

È del tutto evidente che questo non ha niente a che fare con la scoperta del bosone, ma, se mai, è una proprietà dell’Universo per la quale non possiamo farci niente. Il problema è che non sappiamo come fare a meno di questi ulteriori minimi, nel senso che quasi scientistsnessuno crede che questo scenario sia plausibile; l’idea è che la nostra teoria sia incompleta e che aggiungendo nuove informazioni si dovrebbero realizzare condizioni per cui non è possibile che questi ulteriori minimi esistano. Noi crediamo, infatti (ma questo è un pregiudizio, non è stato mai scientificamente dimostrato), che l’Universo è così come l’osserviamo perché non può essere altrimenti; in pratica non crediamo che l’Universo sia così per caso; se è così è perché, partendo da una condizione qualunque, evolve per forza di cose in un Universo come il nostro.

Ma anche se non fosse così e ci fossero questi pericolosi minimi, la probabilità che una transizione del genere accada (e comunque, se accadesse, non potremmo farci nulla) è tale per cui il tempo che in media ci si aspetta che trascorra prima di avvenire è molti ordini di grandezza maggiore rispetto alla vita media attesa per il nostro Sole!

Non so voi, ma io, almeno, dormo tranquillo.

LHC è una macchina da record per molti versi, incluso quello di essere l’oggetto macroscopico piú freddo dell’Universo: si trova, infatti, ad appena 1.9 gradi sopra lo zero assoluto (-271 gradi Celsius). È necessario mantenere i 27 km della sua circonferenza a questa temperatura per rendere superconduttore il cavo che porta la corrente necessaria per produrre gli intensi campi magnetici che trattengono i protoni nell’orbita.

Non esiste alcun dispositivo sulla Terra che utilizzi tanto materiale superconduttore (per un totale di un miliardo di km di cavo) come LHC. Solo ora cominciano a comparire i primi spin-off. La Nexans, un’azienda che produce cavi, e il KIT (Karlsruhe Institute of Technology), che hanno prodotto insieme all’Ansaldo di Genova e altre società i cavi di LHC, hanno da poco fatto un accordo con la società elettrica tedesca per dotare le città di superconduttori per il trasporto di energia.

Essen è la prima città della Germania a dotarsi di un superconduttore lungo 1 km a scopi civili. La città utilizzerà un materiale nuovo, capace di diventare superconduttore a una temperatura piú alta: 200 gradi sotto lo zero Celsius (non proprio caldo, ma sempre meglio di 271).

C’è da ritenere che in un prossimo futuro saranno sempre di piú le applicazioni di questi nuovi materiali, che hanno cominciato ad avere prezzi competitivi anche grazie allo sviluppo promosso dalla ricerca in fisica delle particelle.

Durante un turno ai Laboratori Nazionali di Frascati

Nei giorni scorsi abbiamo iniziato una serie di misure per valutare la fattibilità di un nuovo detector. Abbiamo perciò esposto alcuni rivelatori MCP (Micro Channel Plates) al fascio di test dei Laboratori Nazionali di Frascati, irraggiando gli MCP con elettroni.

Il fascio di test di Frascati è estratto dai fasci usati per far funzionare l’acceleratore Dafne, che impiega elettroni e positroni. Durante la fase di iniezione di positroni, gli elettroni al fascio di test non arrivano piú, ma arrivano alcuni positroni e in questa fase era consigliabile interrompere l’acquisizione dei dati.

Le fasi di iniezione si succedevano spesso ed era necessario tenere d’occhio costantemente lo stato della macchina. Per sollevarci da quest’incombenza ho scritto un piccolo programma che leggeva lo stato della macchina da una pagina web dell’acceleratore e da questo riusciva a predire quando gli elettroni stavano per finire e quando erano in procinto di tornare disponibili. Attraverso la sintesi vocale il programma pronunciava frasi come “Warning! Electrons are going to disappear…” o “Hey! Electron are coming!”. All’udire queste frasi lo shifter di turno poteva interrompere e far ripartire il run nei momenti opportuni.

Un collega ha subito portato la nostra attenzione sullo spezzone del film “Vieni avanti, cretino” riportato in questa pagina (tra l’altro girato proprio ai Laboratori Nazionali di Frascati). La scena, esilarante, riproduceva quasi fedelmente quel che stava accadendo durante il nostro test.

Guarda anche le foto del precedente test beam su Google+.

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