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FCC produce scienza per quasi un secolo
I fisici delle particelle svizzeri sostengono il progetto di costruire un'infrastruttura circolare di 100 km al CERN
Nella primavera del 2020, la comunità europea della fisica delle particelle deciderà una nuova strategia europea che evidenzi gli obiettivi strategici a lungo termine in questo importante settore della ricerca fondamentale. Nel dicembre 2018 gli scienziati svizzeri - organizzati dall'Istituto svizzero di fisica delle particelle / CHIPP - hanno formulato il loro contributo alla nuova strategia europea. Günther Dissertori - professore al Politecnico federale di Zurigo, membro del Consiglio direttivo del CHIPP e Nuovo delegato scientifico della Svizzera al Consiglio del CERN - spiega i punti principali del contributo strategico svizzero.
Prof. Dissertori, i fisici delle particelle svizzeri hanno recentemente stabilito una nuova strategia per la ricerca. La nuova strategia sostituirà quella del 2004 incentrata sull'acceleratore di particelle del CERN LHC che ha finalmente iniziato a funzionare nel 2009 ...
Vorrei chiarire: la strategia svizzera della fisica delle Particelle - l'aggiornamento della strategia del 2004 - sarà elaborata solo nei prossimi mesi. Ciò che abbiamo fornito nel dicembre 2018 è il contributo consolidato dei fisici delle particelle svizzere alla nuova strategia europea. Il nostro documento sarà, insieme a molti altri documenti, un input per le discussioni che si terranno nei prossimi dodici mesi a livello europeo. La nuova strategia europea sarà quindi elaborata all'inizio del 2020 dal gruppo strategico europeo, nominato dal Consiglio del CERN, e dovrebbe essere approvato dal Consiglio nella tarda primavera del 2020. Tuttavia, mi aspetto che l'aggiornamento della strategia svizzera non sarà molto diversa da quella che abbiamo discusso negli ultimi mesi formulando il contributo svizzero alla strategia europea, ma si è estesa per includerne di più nel campo della fisica delle astroparticelle.
Qual è - a suo avviso personale - il principale risultato delle recenti discussioni?
Un risultato chiave è stato che il pieno sfruttamento di LHC dovrebbe rimanere la prima priorità per il programma europeo di fisica delle particelle, anche in vista dei potenziamenti e aggiornamenti di LHC e degli esperimenti. Parallelamente, gli scienziati svizzeri ritengono che occorra intensificare gli sforzi di ricerca e di sviluppo per preparare tempestivamente il prossimo grande progetto al CERN. La comunità svizzera è d'accordo sul fatto che questo prossimo grande progetto al CERN dovrebbe essere il Future Circular Collider (FCC). Penso che questa sia la dichiarazione più importante dalla Svizzera alla comunità scientifica europea.
La fisica delle particelle in Svizzera e nel mondo ha tre pilastri: fisica ad alta energia / alta intensità, fisica dei neutrini e fisica delle astroparticelle. FCC è una visione a lungo termine per il primo pilastro. Potrebbe per favore spiegarci l'ulteriore sviluppo previsto nel secondo e nel terzo pilastro con un esempio?
I grandi progetti in fisica dei neutrini sono un po 'più vicini nel tempo, ma stiamo ancora parlando di circa 10, 20 anni. Gli esperti svizzeri di neutrini prevedono attualmente di partecipare a DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) negli Stati Uniti e all'esperimento Hyper-Kamiokande in Giappone. Oltre a questi grandi progetti, la piattaforma di neutrini che è stata istituita al CERN dovrebbe continuare ad essere sostenuta. Su questa piattaforma i fisici europei possono sviluppare e preparare esperimenti per i grandi progetti di neutrini sopra menzionati. Ci sono anche alcuni esperimenti su scala più piccola evidenziati nell'input svizzero, come la ricerca del decadimento Double Beta senza neutrini.
Lo sviluppo strategico del terzo pilastro, la fisica delle astroparticelle, è più difficile da riassumere brevemente, perché in questo campo vengono perseguite molte direzioni diverse, come l'astronomia dei raggi gamma o le ricerche dirette sulla materia oscura. La dichiarazione chiave per la strategia europea è che pensiamo che il CERN dovrebbe promuovere la collaborazione e le sinergie tra la fisica delle particelle e la fisica delle astroparticelle. Le sinergie sono date per es. dallo sviluppo di rilevatori e tecnologie correlate. E il CERN ha le competenze su come gestire progetti su larga scala.
Se mi permette di guardare dietro le quinte: quale argomento è stato discusso in modo più controverso da lei e dai suoi colleghi di fisica delle particelle negli ultimi mesi, mentre avete stabilito l'input ella strategia?
Probabilmente la domanda più grande riguardava il progetto FCC. The Future Circular Collider sarà una nuova struttura di ricerca su larga scala al CERN per il periodo successivo al 2035, quando l'LHC dovrebbe finire. FCC è un tunnel a forma di anello lungo 100 km che può offrire ai fisici delle particelle un programma di ricerca molto ampio, ospitando prima un collider elettrone-positrone di altissima luminosità e precisione ma con energia relativamente bassa fino a 365 GeV. Più tardi - quando saranno disponibili potenti magneti da 16 Tesla (questi sono attualmente in un programma di sviluppo pluriennale) - questo accelleratore potrebbe essere sostituito da un accelleratore protone-protone a 100 TeV nello stesso tunnel. In questa configurazione successiva, l'FCC fornirebbe un'energia di collisione sette volte più alta rispetto all'LHC. Ci sono ulteriori possibilità di collisione di elettroni o positroni con protoni e ioni pesanti. L'intero pacchetto fornirà scienza per quasi un secolo. La comunità svizzera di fisica delle particelle è convinta che questa sia la prossima grande cosa da fare.
Il progetto FCC è in concorrenza con altri progetti: i fisici giapponesi propongono di costruire un enorme International Linear Collider (ILC). Per non parlare delle ambizioni della Cina di dimostrare il suo potere di ricerca stabilendo un potente accelleratore circolare.
Sosteniamo FCC non solo come uno straordinario centro di ricerca a Ginevra, ma anche come mezzo per garantire la scienza fondamentale basata in Svizzera per un lungo periodo. La Svizzera è uno dei due paesi ospitanti del CERN. Abbiamo il massimo interesse a garantire un futuro prospero al CERN.
Ciò significa che dichiarate nel documento di input strategico di abbandonare l'ILC e di non partecipare a un futuro progetto di acceleratore cinese?
No, non c'è una tale affermazione nel nostro documento. Ci sono state alcune discussioni tra gli scienziati svizzeri se e come menzionare l'ILC in Giappone e i piani cinesi, tenendo conto che finora non vi è stata alcuna dichiarazione da parte dei governi dei corrispondenti paesi ospitanti che esprimano le loro intenzioni. Alla fine abbiamo deciso di concentrarci su un futuro progetto del CERN e solo su FCC.
Quali sono le condizioni per realizzare un progetto gigantesco come FCC? Sono coinvolte la Segreteria di Stato per l'educazione, la ricerca e l'innovazione (SERI) e la Fondazione nazionale svizzera per la scienza?
I fisici delle particelle svizzere stanno supportando pienamente FCC - questa è la chiara affermazione di questo articolo. Questo è stato il primo passo, e ora inizierà la discussione con SERI e a livello politico. SERI è stato molto positivo nel sostenere il CERN ed è ben consapevole di questo progetto a lungo termine. Nei prossimi anni, se si vuole che un grande progetto come FCC sia realizzato, le discussioni devono essere intensificate molto. Gli stati ospiti del CERN, la Svizzera e la Francia giocheranno sicuramente un ruolo chiave nelle discussioni europee e mondiali.
Chiudiamo con una profezia: dove si aspetta la prossima, grande scoperta nella fisica delle particelle, paragonabile alla scoperta della particella di Higgs nel 2012?
Oh, questa è una domanda difficile! Al momento i fisici delle particelle stanno aspettando la pubblicazione dei nuovi risultati dell'esperimento LHCb al CERN per vedere se possono confermare le loro misurazioni fatte un paio di anni fa quando hanno osservato alcune deviazioni dal modello standard che potrebbero essere le prime segni di nuova fisica Se queste anomalie sono confermate e i risultati possono essere spiegati solo da una nuova fisica, sarebbe molto, molto eccitante.
Intervista: Benedikt Vogel