Visita al CERN di Ginevra Gennaio 20/01/2024

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Al Science Gateway e LHC, report di una visita davvero unica

Spazio alla scienza, la scienza dello spazio e delle particelle.

Al Science Gateway – Lasciate la vostra traccia

Avete lasciato delle tracce sul pavimento.

Cosa significa?

Quando una persona cammina sulla neve fresca, si vedono le tracce che lascia dietro sé.

Studiandole, si può sapere dove è andata, che numero di scarpe porta, e forse anche se stava camminando o correndo.

Le tracce “Rivelano”

Le collisioni di particelle negli acceleratori del CERN European Organization for Nuclear Research producono sciami di nuove particelle. Per identificarle, gli scienziati, utilizzano rivelatori di vario tipo. Ad esempio, un rivelatore di tracce serve a identificare la traiettoria di alcune particelle scaturite dalla collisione. Questa sala si comporta come un rivelatore di tracce e segue il percorso dei visitatori.

Apro questo report con un semplice esempio di una delle centinaia di postazioni di osservazione/sperimentazione che il visitatore ha a disposizione nel museo del Science Gateway. Il famoso ponte di vetro progettato da Renzo Piano che collega le diverse parti del museo e permette un incontro fisico tra ricercatori e bambini, tra visitatori e fisici, tra turisti e scienziati.

Tra stelle, galassie, supernove, nebulose, muoni, quark, onde elettromagnetiche, è possibile vedere l’universo osservabile tramite telescopi e altri sofisticati dispositivi. Nei 200 metri quadrati riservati al Back to the big bang, i visitatori possono ripercorrere tutte le diverse tappe di evoluzione dell’universo, con il supporto di una timeline e di strumenti interattivi che rendono il percorso ancora più accessibile, guardando indietro nel tempo. Grazie a un’illuminazione suggestiva e animazioni coinvolgenti, diventa possibile esplorare i misteri del cosmo e dello spazio subatomico, con tutte le implicazioni anche filosofiche che ne derivano. Proprio a questo scopo, il nuovo Scienze Gateway si propone come un ponte reale e metaforico tra visitatori e ricerca, per incoraggiare le ragazze e i ragazzi a intraprendere una carriera nel campo della scienza e della tecnologia. Per incentivare un avvicinamento in maniera ludica ai temi della scienza, il complesso è aperto ai bambini e alle bambine già a partire dai 5 anni. Un’iniziativa che è in linea con la ben nota evoluzione del mercato del lavoro: il numero di occupati in ambito Stem (scienza, tecnologia, ingegneria e matematica) sta aumentando tre volte più velocemente rispetto agli altri settori.

Ma, il Museo è solo una premessa a quanto mi aspetta; il gruppo di cui faccio parte, è atteso nel pomeriggio per la discesa a 100 metri di profondità dove è situato l’ LHC Large Hadron Collider. L’accesso è possibile solo a macchine ferme e proprio a inizio gennaio 2024 l’impianto è stato fermato per manutenzione. Per due settimane hanno potuto scendere solo tecnici e ricercatori per controllare il livello di radioattività: via libera quindi, pronti per scendere con dispositivi di sicurezza dal caschetto alle tute, accompagnati da ricercatori o tecnici, ingegneri informatici o fisici, scendiamo con un ascensore riservato di norma solo agli addetti ai lavori, raggiungendo uno dei tre punti di accesso posizionati lungo il tunnel e accedere al Large Hadron Collider (LHC)

Il nostro accompagnatore Fabio è un ingegnere informatico e vive con piacere una pausa nel suo lavoro davanti a uno schermo per registrare i dati relativi alle particelle rivelate. Si ferma per una breve presentazione delle persone e pone una domanda diretta: Quanto sapete di Fisica Nucleare in una scala da 1 a 10? Ci guardiamo e qualcuno risponde zero, io un po’ meno modesta, rispondo 3, ma aggiungo subito, fuori da qui con un libro in mano! Perché quanto ci circonda, mi disorienta! Fabio ci racconta di questo solenoide entrato in funzione il 10 settembre 2008 che si estende su una circonferenza di 27 chilometri. E’ stato inizialmente progettato per accelerare fino a un massimo di 7 TeVprotone Tera Volt: ah la matematica un tera è un 10 con esponente 12, equivalenti di energia.

Permette di studiare le particelle elementari in condizioni sperimentali paragonabili a quelle dei primi momenti di vita dell’Universo, subito dopo il Big Bang.

Le spiegazioni riempiono di stupore e di domande di diverso genere. Da quelle più tecniche relative ai materiali utilizzati, ai gas stoccati fino alla definizione del bosone di Higgs o cosiddetta particella di dio. Dalla fisica, all’astrofisica, allo spaziotempo alla filosofia. Mi viene spontanea un’altra domanda relativa al posizionamento del solenoide, 100 m di profondità, la geofisica dell’area deve fornire caratteristiche di stabilità senza rischio sismico, o almeno non elevato. In effetti Fabio conferma che l’area è sostanzialmente stabile e che il CERN, è situato in Svizzera non solo perché è una nazione neutrale dal punto di vista politico ma è anche scarsamente interessata da sommovimenti geologici. Premono molte altre domande: come e da dove ci si approvvigiona dei materiali essenziali quali il silicio, il piombo e altri materiali/minerali come il gas elio. La risposta è articolata perché i materiali provengono da diverse aree del nostro pianeta e tutte le nazioni sono disponibili a fornire il CERN come centro sperimentale a livello planetario.

Il tempo quasi si è fermato per molti di noi presi dallo stupore nel pensare alla mente umana in grado di progettare, realizzare e sfruttare meccanismi che ci permettono di verificare le ipotesi relative alla nascita dell’universo.

Si risale silenziosi.
Io ho ancora gli occhi e la mente pieni di immagini, di schermi, di cavi, di poli, bipoli, tripoli. Esco e mi siedo sul muretto di cinta. Osservo il colorato via vai di ricercatrici e ricercatori, intenti a parlare a gruppetti. Un’immagine mi colpisce e allieta: un gruppo di giovani donne con il velo a coprire i capelli e parte del volto ma gli occhi scuri comunicano serenità e complicità. Saluto con un cenno della mano, ricambiano. E’ l’immagine di umanità che vorremmo vedere in tutti i luoghi del nostro mondo. Senza distinzione di colore, di provenienza, di credo. I muoni e bosoni, passano in second’ordine. Questa è l’immagine che porterò con me.

Mi alzo e mi avvicino alla significativa la scultura posizionata il 31 agosto 2021. Realizzata da Gayle Hermick il metallo è plasmato come un nastro che viaggia nell’incommensurabile. Si individuano alcune immagini incise come il triangolo rettangolo e il teorema di Pitagora, sono scolpite in diversi alfabeti ma i numeri e le formule sono leggibili da tutti. Molte rendono onore alle grandi scoperte della fisica con le formule note e meno note.

Scienza e arte sono indissolubilmente legate: entrambe richiedono creatività, passione e senso di meraviglia; entrambi richiedono la capacità di superare i vincoli, limiti e confini.

A conclusione penso importante sottolineare come al CERN persone da tutte le parti del mondo si incontrano, collaborano, discutono, ricercano e scoprono. Riescono a lavorare insieme pur provenendo da paesi in guerra tra loro, ad esempio israeliani e palestinesi. In questo senso il CERN è un laboratorio di pace. L’art. 11 della sua Convenzione recita: «L’Organizzazione non si occuperà di lavori connessi a richieste di carattere militare, e i risultati del suo lavoro sperimentale e teorico saranno pubblicati o resi in altro modo generalmente accessibili

Foto e testo a cura di Alberta

CER Comunità Energetiche Rinnovabili

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Azioni a lungo termine per implementare la transizione energetica.

Il ruolo dell’uomo e delle sue attività sui rapidi cambiamenti climatici e le consegunze a livello planetario non sono più discutibili. La transizione energetica è uno dei tanti elementi sui quali è necessario intervenire in ambito governativo e individuale, transizione che deve aver luogo attraverso le scelte dei governi ma, sottolineiamo sempre, che ciascun cittadino deve fare la propria parte.

Procedere individualmente, però, diventa difficile e dispendioso anche economicamente. L’esperienza del 110/100 ha sicuramente contribuito a migliorare le prestazioni energetiche degli edifici ma, tra le luci sono comparse tante ombre a causa di speculazioni e scorrettezze nella gestione amministrativa delle pratiche.

Un’informazione corretta è il primo passo per accompagnare il cittadino a fare scelte compatibili con la sostenibilità a livello globale, la conoscenza è infatti lo strumento principale per avviare una consapevole e condivisa scelta nell’uso delle risorse.

Nel febbraio scorso il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica MASE su proposta del GSE (Gestore dei Servizi Energetici) previa verifica di ARERA (Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente) sono state pubblicate le regole operative per l’accesso al servizio per l’autoconsumo diffuso e per l’ammissione al contributo a fondo perduto PNRR del 40%.

Foto n. 1

Edificio bifamiliare di recente costruzione dotato di impianto fotovoltaico in comune di Vigonza.

Nel territorio di questo comune 33Kmq, periferia est di Padova, sono presenti 2 centraline primarie POD (Point Of Delivery).

Secondo quanto previsto dall’articolo 10 del Testo Integrato Autoconsumo Diffuso (TIAD), per rientrare in una comunità energetica è indispensabile che i POD, Punti di fornitura, siano posizionati in una stessa area “convenzionale” allacciata alla stessa cabina primaria.

Foto n. 2 cabina primaria

Pannelli fotovoltaici sul tetto dell’ex scuola dell’infanzia parrocchiale

S. Ignazio di Loyola, Montà Padova

Impianto fotovoltaico sul tetto della chiesa Parrocchiale

S. Ignazio di Loyola, Montà Padova

Che cos’è una CER?

La parola Comunità implica più soggetti che mettono in comune domanda e offerta. I protagonisti delle Comunità Energetiche Rinnovabili sono infatti Consumatori, Produttori e Prosumer ovvero il soggetto che possiede un proprio impianto di produzione di energia, della quale consuma una parte. La rimanente quota di energia può essere immessa in rete, scambiata o accumulata in un apposito sistema e dunque restituita alle unità di consumo nel momento più opportuno.

Chi può far parte di una CER?

Una CER è un insieme di cittadini, piccole e medie imprese, enti territoriali e autorità locali, amministrazioni locali, cooperative, enti di ricerca, enti religiosi, terzo settore, enti di protezione ambientale che condividono l’energia elettrica rinnovabile prodotta da impianti nella disponibilità di uno o più soggetti associatisi alla comunità.

Molto importante è il ruolo delle Amministrazioni locali di comuni più o meno grandi. Attualmente molti edifici scolastici hanno installato e prevedono di installare pannelli fotovoltaici per l’utilizzo della risorsa del Sole. Promuovere una CER con altre realtà strutturate come capannoni industriali, edifici religiosi e abitazioni private è ora una strada percorribile.

Come si costituisce una CER?

Si parte da un atto costitutivo condiviso che regola i rapporti tra i componenti. I protagonisti possono includere le Amministrazioni Comunali, cittadini associati, enti del Terzo Settore, cooperative benefit, consorzi, enti religiosi, organizzazioni senza scopo di lucro.

La condivisione di energia tra consumatori e produttori proprietari di impianti fotovoltaici prevede diverse possibili “configurazioni” che permettono di ATTIVARE LA TARIFFA INCENTIVANTE PER 20 ANNI, calcolata dal GSE, sull’ENERGIA CONDIVISA (virtualmente).

Per approfondimenti sulla normativa si fa riferimento alle CACER “Configurazioni di Autoconsumo per la Condivisione dell’Energia Rinnovabile” e alla normativa dedicata.

Le Regole Operative sono state redatte in attuazione dell’art. 11 del Decreto del Ministro dell’Ambiente e della Sicurezza energetica 7 dicembre 2023, n. 414 (nel seguito Decreto CACER) e dell’art. 11 dell’Allegato A alla delibera 727/2022/R/eel (nel seguito TIAD o Delibera) dell’Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente.

Ulteriori informazioni sul sito (www.gse.it)

Foto a cura di Alberta

Luglio 2024 – Visita guidata a VIRGO

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l’interferometro a Cascina di Pisa – Un tassello per conoscere lo spazio-tempo nel quale è immerso l’Universo

Dal terrazzo della torre ovest

sullo sfondo il profilo dell’Appennino

in basso le bandiere delle nazioni che partecipano al progetto

e il logo di EGO “Osservatorio Gravitazionale Europeo“.

Da questa posizione la guida intrattiene i visitatori con informazioni molto dettagliate relative alla struttura e alla sua storia, succintamente riportate nel testo.

Per sentire la “voce” dell’Universo lontano proviamo a capire come funziona un interferometro o rivelatore di onde gravitazionali. VIRGO prende il nome dall’ammasso della Vergine costituito da circa 1.500 galassie nella costellazione omonima e distante circa 50 milioni di anni luce dalla Terra, è l’unico interferometro in territorio europeo.

Una grande L, i cui bracci sono lunghi ciascuno 3 km. Un vertice dotato di una sorgente di raggi laser, due specchi dalla superficie perfettamente liscia e pulita.

Per rivelare segnali molto piccoli sono necessarie strutture e tecnologie molto sofisticate. Nei bracci perpendicolari deve essere fatto il vuoto cosmico, gli specchi, che pesano 40 kg ciascuno, devono avere la migliore qualità ottica e sono sospesi nelle torri mediante quattro fili di quarzo sottili. Ogni torre contiene una catena di sette pendoli in cascata ingabbiata nella struttura alta 10 metri.

Fig. 1 La guida illustra in modo semplice e immediato il funzionamento di un pendolo attenuatore.

I pendoli hanno la funzione di smorzare le vibrazioni del terreno anche poco percettibili da noi ma che disturberebbero la misura.

Cascina è una località con sismicità media, tuttavia intorno ci sono deboli interferenze provenienti da

un impianto eolico situato a qualche chilometro sulle colline preappenniniche e dal vicino aeroporto.

Come nasce VIRGO l’interferometro di Cascina

L’idea del Fisico Adalberto Giazzotto prende forma tra il 1981 e il 1984 con la realizzazione di esperimenti per la rivelazione delle onde gravitazionali attraverso l’interferometria laser. Il territorio dove ubicare una struttura adatta al suo progetto viene individuato nei pressi di Pisa in località Santo Stefano a Macerata nel Comune di Cascina. Un territorio agricolo lontano ma non troppo dalle vie di comunicazione indispensabili per le centinaia di addetti che si possono prevedere.

Giazotto, in collaborazione con il francese Alain Brillet realizza un progetto nel 1989 e lo sottopone alle istituzioni finanziatrici. Viene approvato nel 1993-1994 dal CNRS Centro nazionale di ricerca scientifica”  e dall’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. La costruzione inizia nel 1997. L’Osservatorio Gravitazionale Europeo EGO è stato fondato l’11 dicembre 2000. Il processo di gestione e l’inaugurazione sono iniziati nel 2003 e le prime osservazioni scientifiche nel 2007. La collaborazione tra gli organismi citati prosegue tuttora con il contributo di scienziati di altre nazioni europee come Olanda, Germania, Spagna, Ungheria.

Fin dal 2001 Giazzotto concepì l’idea di creare una rete che includesse Virgo e altri rilevatori, per lavorare insieme come una single machine. Attualmente gli interferometri di O.G. che lavorano insieme sono tre, due “Ligo” negli Stati Uniti e uno in Italia, VIRGO. I tre strumenti, quando RIVELANO il segnale, procedono alla necessaria triangolazione per giungere a considerazioni e verifiche che hanno dimensione terrestre.

Fig. 2 Alcune immagini presentate nelle slide dalla guida mentre spiega quali corpi celesti danno origine alle onde gravitazionali.

Questo succede in molti scenari astrofisici, inclusa la coalescenza di buchi neri e/o stelle di neutroni o esplosioni di supernovae. Le onde gravitazionali sono completamente diverse dalla luce, il “messaggero” principale utilizzato fino ad ora per studiare l’Universo. Lo spazio e il tempo si deformano in prossimità di corpi molto massicci (stelle, pianeti, etc.) oppure quando un corpo si muove a una velocità tanto elevata da essere comparabile a quella della luce. Le onde G hanno una velocità comparabile a quella della luce 300.000Km/s e una frequenza sotto ai 10Hz.

fig. 3 all’esterno il braccio est

Fig.4 a sinistra Struttura in scala situata all’ingresso di VIRGO.

Sono ben visibili i due bracci e la fonte di raggi laser nel punto A.

In secondo piano la porta marrone porta all’ingresso di una struttura multimediale nella quale la nostra massa corporea curva lo spazio nel quale siamo immersi.

Fig 5 La prospettiva interna di uno dei due bracci

La guida si sofferma in particolare sulla necessità che all’interno la struttura sia sempre “pulita” senza neanche un granellino di polvere. I tecnici e gli operatori sono ben preparati nel rispettare tutte le disposizioni senza le quali si potrebbero inquinare i segnali provenienti dallo spazio.

Cosa accade quando arriva un’onda gravitazionale?

Quando un’onda gravitazionale passa attraverso l’interferometro, la perturbazione dello spazio-tempo si manifesta come un cambiamento della lunghezza relativa dei due bracci. Questo comporta un segnale misurabile al fotodiodo. Per le onde gravitazionali di origine cosmica attese per VIRGO la variazione della lunghezza dei bracci (lunghi 3 km) è molto piccola, dell’ordine di 10−18 m. Sono grandezze davvero minime per la nostra esperienza quotidiana ma ci permettono di capire lo spazio profondo.

L’astronomia delle onde gravitazionali è diventata un metodo fondamentale per osservare il nostro Universo. I dati dei cicli di osservazioni a partire dal 2015 contribuiscono ad ampliare in modo significativo i nostri orizzonti e le nostre conoscenze sulle parti più oscure e violente dell’Universo.

Nel futuro viene prospettata la costruzione di un secondo rivelatore in Europa, candidato il territorio sardo per la sua posizione e per le caratteristiche geofisiche.

La guida si sofferma all’ingresso per dare risposte alle tante domande relativie in particolare alle modalità di registrazione dei segnali che arrivano dall’universo profondo. Sottolinea in particolare il lavoro costante davanti alle decine di PC e monitor davanti ai quali sono impegnati decine di ricercatori e scienziati di diverse formazioni.

Breve glossario riguardante i protagonisti dell’origine delle OG

Oggetto compatto: Un’espressione generica per indicare oggetti stellari molto densi e piccoli come stelle di neutroni e buchi neri. Quando si dice piccoli, si intende ovviamente in senso astronomico! Tutti questi oggetti hanno almeno la massa del Sole, concentrato entro un diametro di pochi, o poche decine, di chilometri.

Binaria: Un sistema formato da due oggetti in orbita l’uno attorno all’altro.

Stella di Neutroni: Un oggetto estremamente denso risultante dal collasso di una stella massiccia.

Buco nero: Una regione dello spazio-tempo determinata da una massa estremamente compatta, in cui la gravità è cosi intensa che impedisce a tutto, inclusa la luce, di uscire.

Rotazione (spin in inglese): Quantità che misura quanto un oggetto ruota intorno a sé stesso. Per esempio, la Terra ruota una volta ogni 24 ore.

Pulsar: Stella di neutroni osservata per mezzo degli impulsi di radiazione elettromagnetica (generalmente nella banda radio) che essa emette. Una grande parte delle stelle di neutroni che crediamo esistano non possono essere osservate come pulsar, o perché non emettono segnali elettromagnetici sufficientemente forti, oppure perché non li emettono in direzione della Terra.

Un grazie sentito alla guida che ha accolto le domande dei visitatori fornendo risposte compe

Tutte le immagini sono state realizzate da Alberta durante la visita guidata