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RICERCA SCIENTIFICA ITALIANA NEL MONDO - EUROPA - INFN CAPOFILA PROGETTI PRESENTATI A ESFRI PER RIVELATORE DI ONDE GRAVITAZIONALI E ACCELERATORI PARTICELLE AL PLASMA DEL FUTURO

(2020-09-10)

ET Einstein Telescope ed EuPRAXIA: due grandi infrastrutture di ricerca europee che promettono di  essere competitive a livello mondiale, rispettivamente nella ricerca sulle onde gravitazionali e nello sviluppo di futuri acceleratori di particelle al plasma. Sono questi i due progetti internazionali di cui l’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare è capofila, e che l’Italia con il MUR Ministero dell’Università e della Ricerca ha appena candidato per la prossima Roadmap 2021 di ESFRI European Strategy Forum on Research Infrastructure, il forum strategico europeo che individua quali saranno le future grandi infrastrutture di ricerca su cui investire a livello europeo.

Per ET l’Italia, con la Sardegna, è uno dei due siti candidati a ospitare la nuova infrastruttura, e vi partecipa con l’INFN, l’INAF Istituto Nazionale di Astrofisica e l’INGV Istituto Italiano di Geofisica e Vulcanologia, e le Università di Sassari e Cagliari.

Per EuPRAXIA, cui il nostro Paese partecipa con l’INFN, il CNR Consiglio Nazionale delle Ricerche, le Università di Roma Sapienza e Tor Vergata,  l’ENEA ed Elettra Sincrotrone Trieste, è stato già deciso dalla comunità scientifica internazionale che la sede principale sarà ai Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN.

“Le grandi infrastrutture di ricerca sono volano per la crescita scientifica, tecnologica ed economica”, sottolinea Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “Ospitare grandi infrastrutture di ricerca – prosegue Zoccoli –  significa attrarre nel proprio Paese giovani ricercatori e scienziati di altissimo livello da tutto il mondo, significa favorire lo sviluppo di un tessuto industriale dell’alta tecnologia, significa conquistare una leadership internazionale in campo scientifico”. “Poter realizzare questi ambiziosi progetti in Italia rappresenterebbe un’opportunità unica per catalizzare sul nostro territorio l'afflusso di nuove risorse, in termini sia di competenze scientifiche e tecnologiche sia economici, rafforzando l’eccellenza della ricerca italiana in questi ambiti, e favorendo l'innovazione e la competitività dell'industria nazionale sul mercato globale”, conclude il presidente dell’INFN.

L’Italia è alla guida del gruppo di nazioni che hanno presentato le proposte per le due future infrastrutture d’avanguardia in virtù della sua lunga e internazionalmente apprezzata tradizione scientifica e tecnologica nella rivelazione diretta delle onde gravitazionali e nella fisica con e degli acceleratori di particelle. Testimonianza delle competenze e dei traguardi raggiunti dal nostro Paese in questi settori sono i risultati ottenuti negli ultimi anni, che hanno visto l’Italia, con l’INFN, protagonista di due scoperte da premio Nobel, per la prima osservazione delle onde gravitazionali e del bosone di Higgs.

In Italia si trova, infatti, Advanced Virgo, il rivelatore di seconda generazione installato in Toscana e gestito dal consorzio italo-francese EGO European Gravitational Observatory, fondato dall’INFN e dal CNRS francese, che con gli interferometri americani Advanced LIGO, è stato protagonista delle scoperte che hanno aperto una nuova era nell’esplorazione dell’universo, segnando la nascita dell’astronomia gravitazionale e dell’astronomia multimessaggera.

Inoltre, sempre grazie all’INFN, forte è la scuola italiana di fisica con gli acceleratori di particelle, che affonda le sue origini nella scuola di Enrico Fermi e nei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN dove è stato realizzato, agli inizi degli anni ’60 del secolo scorso, il primo anello di accumulazione al mondo in cui circolavano elettroni e antielettroni. Una lunga tradizione negli acceleratori che vede oggi l’INFN protagonista della fisica delle particelle a livello internazionale, per i suoi contributi agli esperimenti di punta dei principali laboratori di tutto il mondo, dal CERN di Ginevra, agli Stati Uniti, al Giappone. Una lunga tradizione che ha consentito al nostro Paese di acquisire conoscenze e competenze scientifiche e tecnologiche, in entrambi questi ambiti di ricerca, riconosciute dalla comunità scientifica internazionale, che ha così individuato proprio l’Italia come ‘lead country’, con l’INFN capofila, di questi avveniristici progetti.

ET Einstein Telescope è un ambizioso progetto per la realizzazione di un futuro osservatorio terrestre per le onde gravitazionali: un osservatorio pionieristico di terza generazione in grado di rivelare onde gravitazionali con una sensibilità che consentirà di esplorare una porzione di universo di gran lunga maggiore rispetto ad ora. Sarà un interferometro sotterraneo di forma triangolare con bracci lunghi 10 km, che utilizzerà tecnologie estremamente potenziate rispetto alle attuali.

Lo studio di fattibilità di ET è stato sviluppato grazie a un finanziamento della Commissione Europea, e ora un consorzio di Paesi e di istituti di ricerca e università europei ha formalizzato la proposta per la sua realizzazione. Con il sostegno politico di Belgio, Polonia, Spagna e Paesi Bassi, guidati dall’Italia, il consorzio ET riunisce circa 40 istituti di ricerca e università in diversi Paesi europei, tra cui anche Francia, Germania, Ungheria, Norvegia, Svizzera e Regno Unito, e ha temporaneamente sede presso EGO.

Per la realizzazione dell'infrastruttura ET sono attualmente in fase di valutazione due siti: uno in Italia, in Sardegna, all’interno di una miniera dismessa, e l’Euregio Meuse-Reno, ai confini di Belgio, Germania e Paesi Bassi. La caratterizzazione dei due siti è in corso e una decisione sulla futura localizzazione di ET sarà presa entro i prossimi 5 anni.

L’impegno assunto dal Ministero dell’Università e della Ricerca italiano a ospitare in Sardegna questa nuova infrastruttura è supportato dalle espressioni di interesse da tre prestigiosi enti di ricerca nazionali: oltre all’INFN, che coordina il progetto assieme all’olandese Nikhef, l’INAF e l’INGV.

La Regione Sardegna e le Università di Sassari e di Cagliari hanno espresso il loro grande interesse per l’installazione di questa infrastruttura di ricerca avanzata nel territorio sardo. Al di là del grande valore scientifico e culturale, la realizzazione di ET nel Nuorese avrà un significativo impatto socio-economico per il territorio. Il nuovo rivelatore gravitazionale è una occasione di sviluppo unica nel suo genere: si tratta di un investimento infrastrutturale di almeno un miliardo e mezzo di euro, che coinvolgerà in fase di costruzione oltre 2500 persone, e sul lungo termine sarà un grande polo scientifico di valore internazionale, destinato ad attrarre risorse da investire alla frontiera della scienza e della tecnologia, un motore di sviluppo, innovazione e crescita culturale per la Sardegna, l’Italia e l’Europa intera.

EuPRAXIA. Lo scopo principale del progetto, come indicato nel  Conceptual Design Report, finanziato con 3 milioni di euro nell’ambito di Horizon 2020 e pubblicato alla fine del 2019, consiste nella realizzazione di una nuova generazione di acceleratori di particelle al plasma, in grado di ottenere energie superiori rispetto a quelle raggiunte dagli attuali acceleratori con costi e dimensioni ridotte. Una delle principali sfide degli acceleratori del futuro è, infatti, il raggiungimento di energie sempre maggiori per riuscire a esplorare nuovi territori della materia. Per superare gli attuali limiti tecnologici, gli scienziati stanno quindi indagando e studiando la possibilità di sviluppare nuove tecniche di accelerazione. Il progetto EuPRAXIA si basa su una tecnica di accelerazione al plasma, dove un gas ionizzato eccitato da fasci laser o di particelle viene impiegato come mezzo di accelerazione degli elettroni in esso iniettati.

Questa nuova tecnica promette di rivoluzionare il settore delle macchine acceleratrici, non solo potenziando le loro prestazioni a livello di energia, ma rendendole anche più performanti, compatte (almeno 10 volte più corte) e quindi anche più economiche. Riuscire a ottenere acceleratori con queste caratteristiche avrebbe un importante impatto non solo nel campo della ricerca di base in fisica delle alte energie, ma anche in altri ambiti: consentirebbe, tra l’altro, la costruzione di sorgenti compatte di radiazione laser a raggi X (laser a elettroni liberi) utili, per esempio, nella diagnostica per immagini in vari settori industriali e di ricerca applicata, inclusa la possibilità di investigare le strutture di batteri e virus, e fornire quindi preziose informazioni per lo sviluppo di terapie e vaccini. Il fine di EuPRAXIA è quindi dimostrare la funzionalità di un acceleratore al plasma e realizzare al contempo un laser a elettroni liberi a disposizione degli utenti provenienti da università e centri di ricerca internazionali. Le dimensioni compatte di queste macchine offriranno, inoltre, la possibilità in prospettiva di essere installate in piccoli centri di ricerca, come quelli presenti nelle università, negli ospedali o nelle industrie.

La proposta di EuPRAXIA è stata elaborata da un consorzio di cui ad oggi fanno parte oltre 40 istituti appartenenti a dieci Stati europei (Italia, Francia, Germania, Portogallo, Polonia, Regno Unito, Repubblica Ceca, Svezia, Svizzera, Ungheria), e altri 10 istituti osservatori di Cina, Israele, Russia e Stati Uniti, e alcuni partner industriali. Sarà l’Italia, con i Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, a ospitare il cuore della futura infrastruttura di ricerca e uno dei due centri di sperimentazione principali (il secondo è ancora in fase di definizione). L’impegno assunto dal MUR a ospitare ai Laboratori di Frascati questa nuova infrastruttura e ad avviarne la costruzione con un contributo finanziario di 108 milioni di euro è supportato dalle espressioni formali di impegno a livello governativo di altri quattro Paesi UE (Regno Unito, Portogallo, Repubblica Ceca e Ungheria). Il costo complessivo dell’infrastruttura con i suoi diversi centri è stato valutato in circa 500 milioni di euro e la sua realizzazione, prevista entro il 2028, coinvolgerà centinaia di giovani scienziati e ingegneri con esperienze distribuite nella fisica dei plasmi, degli acceleratori, dei laser e delle tecnologie più avanzate in campo elettronico e informatico.

ESFRI è il forum strategico europeo sulle infrastrutture di ricerca, è uno strumento per favorire in Europa l’integrazione scientifica e rafforzare il suo raggio d’azione internazionale. L’accesso competitivo e aperto a infrastrutture di ricerca di alto livello supporta e valorizza la qualità delle attività degli scienziati europei e attrae i migliori ricercatori da tutto il mondo. ESFRI opera in prima linea nella politica scientifica europea e globale e contribuisce al suo sviluppo traducendo obiettivi strategici in consigli concreti per le infrastrutture di ricerca in Europa. La missione di ESFRI è, quindi, sostenere un approccio coerente al processo decisionale sulle infrastrutture di ricerca e facilitare le iniziative multilaterali per un migliore utilizzo e sviluppo a livello internazionale. I delegati di ESFRI sono nominati dai Ministri della Ricerca dei Paesi membri e associati e includono anche un rappresentante della Commissione Europea, che lavora sinergicamente per sviluppare una visione comune e una strategia condivisa.

La Roadmap di ESFRI individua le più promettenti strutture scientifiche europee sulla base di una approfondita procedura di valutazione e selezione, e include gli ESFRI Project, cioè nuove infrastrutture di ricerca in via di realizzazione, e gli ESFRI Landmark, ossia infrastrutture di ricerca già implementate con successo. Tutti i precedenti aggiornamenti della Roadmap di ESFRI si sono rivelati molto influenti e hanno fornito una guida strategica per gli investimenti degli Stati membri e dei Paesi associati, anche oltre l’ambito delle infrastrutture di ricerca. L’attenzione si concentra sulla capacità di fare rete delle infrastrutture di ricerca, sui loro collegamenti e rapporti, e sul concetto di scienza aperta, cioè accessibile. Uno degli obiettivi chiave di ESFRI è garantire che chi fa scienza di eccellenza possa avere accesso alle migliori infrastrutture di ricerca europee, indipendentemente dai confini. Tutto ciò richiede una collaborazione paneuropea e un approccio con una prospettiva globale. La Roadmap di ESFRI tiene quindi anche in considerazione il più ampio panorama della ricerca in Europa. (10/09/2020-ITL/ITNET)

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