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Linac4: risolvere il mistero della materia oscura è il prossimo obiettivo del Cern

Potrebbe essere giunta la volta buona per risolvere i tanti misteri che avvolgono la cosiddetta “materia oscura”: materia, non solo di studio, di cui molti parlano, che alcuni  cercano, ma nessuno sa cosa sia. Di questo elemento così diffuso nell’universo sappiamo cosa non è e come non si comporta, ma nessuno per anni era mai riuscito ad osservarne direttamente una sola particella, almeno finché, ad Aprile 2017, due scienziati della Royal Astronomical Society dell'Università di Waterloo in Canada sono riusciti a catturare un’immagine della materia oscura sfruttando una lente non ottica, ma gravitazionale. Quello che quell’immagine ci riporta è praticamente “un ponte fra due galassie” con la materia oscura che funziona come collante tra le due. Il termine “materia oscura” in cosmologia si riferisce ad un’ipotetica componente di materia che non è direttamente osservabile, in quanto, diversamente dalla materia conosciuta, non emette radiazione elettromagnetica e si manifesta unicamente attraverso gli effetti gravitazionali, ed è proprio mediante misurazioni degli effetti gravitazionali che la sua massa genera sulla materia ordinaria, cioè sui corpi celesti e sulla luce nello spazio, che la sua presenza è stata rivelata. Senza addentrarmi troppo in termini tecnici il fenomeno utilizzato per catturare l’immagine si basa proprio sull’effetto fisico descritto dalla relatività generale di Einstein, per il quale, osservando la luce proveniente da un corpo celeste a grande distanza, tale luce viene deflessa dalla presenza di un altro oggetto di grande massa posto fra l’osservatore e la galassia. Una tecnica speciale attraverso la quale, ha dichiarato il coautore dello studio Seth Epps, “non solo siamo riusciti a vedere che questi filamenti di materia oscura sono presenti nell’universo, ma siamo riusciti ad osservare l’estensione di tali filamenti che connettono le due galassie”.

L’importanza della materia oscura è fondamentale per capire come funziona il nostro universo, dal momento che, secondo osservazioni sperimentali, si ipotizza che ne costituisca la grandissima parte, ossia quasi il 90% della massa presente nell’universo. Teorizzata per la prima volta nel 1933 dallo svizzero Fritz Zwicky durante lo studio delle galassie della Chioma e della Vergine ed approfondita poi vent’anni più tardi dall’astronoma americana Vera Rubin che riuscì a collezionare una serie di dati che dimostravano l'esistenza della materia oscura in tutte le altre galassie e non solo in quelle osservate da Zwicky. Molte sono le teorie dei fisici su cosa effettivamente possa essere la materia oscura: secondo le ipotesi più accreditate si tratta di particelle diverse dai “soliti” protoni, neutroni ed elettroni a noi noti, si tratterebbe invece di particelle molto pesanti che non emettono,  né riflettono, luce e attraversano come fantasmi la materia ordinaria. Quello che sappiamo con certezza, come già accennato, è cosa non è tale materia e quindi non è formata da buchi neri o nane brune.

Il resto dei misteri che circondano questa immensa parte di universo potrebbe, però , trovare alcune risposte a partire dal 2021 quando al CERN entrerà in funzione a pieno regime il nuovo acceleratore lineare di particelle Linac4 (un macchinario costato circa 82 milioni di euro, di quasi 90 metri, posizionato 12 metri sotto il suolo, costruito in 10 anni ed inaugurato proprio in questi giorni). Elemento fondamentale al CERN, un acceleratore lineare di particelle è il primo e più importante elemento della catena da cui poi partono tutti gli esperimenti successivi: al suo interno le particelle subiscono la prima fase di accelerazione e organizzazione in pacchetti che vanno a formare i fasci dell’esperimento. Rispetto al Linac 2, inaugurato nel 1978 ed attualmente in funzione, il nuovo acceleratore sarà in grado di consegnare fasci di protoni con tre volte più energia, e le collisioni di particelle a impatto più elevato forniranno nuovi dati al momento inarrivabili: si potranno così raccogliere 10 volte la quantità di dati durante gli esperimenti. Fabiola Giannotti, italiana e prima donna a diventare direttore generale del CERN, ha voluto esprimersi così durante l’inaugurazione: “Linac 4 è un moderno iniettore e il primo elemento chiave del nostro ambizioso programma di aggiornamento. […] Questa fase di alta luminosità aumenterà notevolmente il potenziale degli esperimenti Lhc per scoprire nuova fisica e misurare le proprietà della particella di Higgs in modo più dettagliato” è , infatti, la luminosità un parametro che indica il numero di particelle che si scontrano in una determinata quantità di tempo e che, grazie al progetto High-Luminosity Lhc, porterà il picco di luminosità a valori più elevati entro il 2025.

Le aspettative sono già da ora tante e si parla di un passo fondamentale verso gli esperimenti futuri, e in particolare della prospettiva di fornire misurazioni più accurate di particelle fondamentali, oltre che di osservare processi rari che avvengono oltre il livello di sensibilità degli strumenti attuali. Sorprenderà, inoltre, sapere che versioni più piccole di “Linac” possiamo trovarle anche in ogni reparto ospedaliero di radioterapia dal momento che i fasci di elettroni si usano per produrre fasci di fotoni (i cosiddetti raggi X) molto intensi usati per eliminare le cellule malate dei pazienti affetti da tumore. Dalla natura galattica, quindi, l’evoluzione delle tecnologie porterà Linac 4 ad avere anche una applicazione nella medicina nucleare, contribuendo al potenziamento delle cure contro il cancro. La scoperta della natura del cosmo passa così anche alla salute umana.

Gianluca Cimini

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