La scorsa estate, nei corridoi del Fermi National Laboratory (FermiLab) di Chicago, si è iniziato a parlare, sempre più insistentemente, della possibilità di un’estensione della vita del Tevatron. Il Tevatron, fino a novembre del 2009, era stato l’acceleratore di particelle più potente al mondo, in grado di accelerare protoni e anti-protoni a un velocità prossima (99.999899% ) a quella della luce e a una densità di energia mai prodotta prima (simile alla densità di energia dell’universo un decimiliardesimo di secondo dopo il Big Bang).
Questo ha permesso il grande successo di CDF e D0, i due esperimenti che raccolgono e studiano i residui delle collisioni fra queste particelle. Al Tevatron, infatti è stato scoperto il quark top (1995) e sono state fatte centinaia di misure che confermano con grande precisione il Modello Standard, il paradigma teorico che i fisici usano per descrive il comportamento delle particelle elementari.
Il Modello Standard, nonostante il suo grande successo, descrive particelle prive di massa, mentre una della fondamentali proprietà della natura intorno a noi è proprio la massa, che tutti i corpi possiedono. Per questo nel 1964 Peter Higgs ha ampliato il Modello Standard, introducendo nella teoria un meccanismo di produzione della massa; che però prevede la presenza di una nuova particella, il bosone di Higgs. Da allora, la ricerca del bosone di Higgs è stata una delle frontiere più interessanti della fisica delle particelle.
Per questa e altre ricerche, la comunità scientifica mondiale ha deciso di investire circa 9 miliardi di dollari e 20 anni di lavoro per costruire al Cern il Large Hadron Collider (LHC), che ora detiene il record di acceleratore più potente del mondo facendo collidere protoni a una energia circa tre volte superiore a quella del Tevatron.
LHC potrebbe produrre il bosone di Higgs (se esiste) molto più frequentemente dell’acceleratore del FermiLab, aumentando le possibilità che venga scoperto. Inoltre la maggiore energia permetterà agli scienziati di testare teorie oltre il Modello Standard, che cercano di spiegare altri effetti presenti nell’universo e non descritti dalla teoria attuale.
LHC è però una macchina molto complessa, come si è visto nel 2008 quando, pochi giorni dopo la sua accensione, ha avuto un problema tecnico che ne ha costretto la sospensione delle attività per un anno. Mentre il Tevatron, forte dei suoi quasi 25 anni di attività, è molto più collaudato. E non solo l’acceleratore, ma anche gli esperimenti CDF e DO sono stati calibrati e testati per molti anni, permettendo un livello di controllo e fiducia che gli esperimenti a LHC stanno acquisendo, ma che richiederà tempo.
In questo contesto, nel 2010 i coordinatori degli esperimenti del Tevatron hanno proposto al Department of Energy (DOE), l’ente del governo degli Usa che ne finanzia l’attività, di estendere la vita del Tevatron oltre il 30 settembre 2011, data fissata per la sua chiusura. Il Tevatron ha caratteristiche tecniche diverse da LHC, che permetterebbero la complementarietà di alcuni risultati provenienti dai due laboratori. Se il Tevatron rimanesse in funzione per tre anni aggiuntivi, gli esperimenti accumulerebbero dati sufficienti per poter escludere o osservare il bosone di Higgs, e sarebbe possibile studiarne proprietà che non sono accessibili agli esperimenti di LHC.
Nel caso venisse osservata la produzione di nuove particelle al Cern, una misura al Tevatron potrebbe aiutare i fisici teorici nel determinare quale modello teorico sia il più plausibile. La comunità scientifica americana ha dimostrato un forte sostegno al progetto: sia fisici teorici che giovani scienziati hanno inviato lettere all’amministrazione Usa affinché fossero resi disponibili i fondi per l’estensione dell’attività del Tevatron. Anche le commissioni a cui, a vari livelli, era stato chiesto un parere esterno sul valore della proposta del FermiLab, hanno riconosciuto l’importanza primaria delle attività di ricerca che l’estensione permetterebbe.
Nei corridoi del FermiLab c’era aria di attesa, negli ultimi tempi, per la decisione che il DOE avrebbe preso. Ma la crisi è ancora pesante negli Stati Uniti e il DOE ha reso noto il 10 Gennaio scorso che i fondi aggiuntivi necessari per permettere l’estensione della vita del Tevatron non sono disponibili. Il direttore del FermiLab, Pier Oddone, aveva già annunciato mesi fa, che in questo caso non avrebbe convogliato risorse verso il Tevatron, a scapito di tutti gli altri progetti già intrapresi dal laboratorio e quindi mettendo a rischio il futuro del laboratorio stesso.
Adesso i corridoi di CDF e D0 si stanno spopolando, con molti collaboratori che stanno iniziando a investire parte del loro tempo in altre attività di ricerca. Personalmente, mi prende un po’ di melanconia al pensiero che l’esperimento per cui ho lavorato per tanti anni verrà chiuso nell’arco di pochi mesi. Dal’altro canto, però, le potenzialità di scoperta di LHC sono enormi: la fisica delle particelle sta entrando in un’era ricca di aspettative e della speranza di svelare alcuni dei più interessanti misteri dell’universo.
La densità di energia che LHC può raggiungere, infatti, permetterà di studiare fenomeni mai osservati prima. Con la speranza, per esempio, di capire il meccanismo di produzione della massa e il bosone di Higgs, o l’origine della materia oscura, che sappiamo comporre il 23% dell’Universo ma la cui natura ci è sconosciuta, o la causa dell’asimmetria fra materia, che domina l’Universo, e antimateria, quasi inesistente nell’Universo.
Per quanto riguarda il futuro del FermiLab, è in cantiere un programma ricco di progetti più piccoli, ma non per questo meno interessanti. Il tempo dirà se saranno in grado di fare vivere il FermiLab all’altezza della sua tradizione di leader mondiale nel campo della fisica delle alte energie.
