Ciclotrone Superconduttore, quark top, Dafne ed EGO (Dal 1991 al 2001)

Nel 1992, anno in cui Giovanni Falcone e Paolo Borsellino, a distanza di soli tre mesi l’uno dall’altro, vengono assassinati dalla mafia nelle stragi di Capaci e Via D’Amelio, entra in funzione, presso il centro di ricerca DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotro) di Amburgo, il collisore di particelle HERA. La macchina, del diametro di 6,3 chilometri, è in grado di far scontrare elettroni o positroni con protoni a un’energia di 318 GeV.

La costruzione di HERA vede un contributo essenziale del Laboratorio Acceleratori e Superconduttività Applicata (LASA) dell’INFN, nato nel 1984 a Segrate da un’idea di Francesco Resmini. Grazie alle esperienze di ricerca e sviluppo maturate nel campo delle tecniche superconduttive e criogeniche di accelerazione e controllo delle particelle, il laboratorio realizzerà metà dei magneti superconduttori indispensabili per la corretta guida dei fasci all’interno dell’acceleratore di Amburgo.

Il rivelatore Zeus dei Laboratori di Desy
Crediti Desy

L’accordo di collaborazione con DESY, promosso nella metà degli ’80 da Zichichi, si tradurrà anche con la costruzione del solenoide superconduttore di uno dei rivelatori di HERA, l’esperimento Zeus, dedicato a indagare la struttura interna dei protoni e i legami tra i suoi costituenti fondamentali.

PROF. LUCIANO MAIANI DG CERN.<br />
MENTION : CERN PHOTO/ LAURENT GUIRAUD.

Luciani Maiani
Crediti CERN

Al termine del suo secondo mandato, Nicola Cabibbo, nel 1993, anno di uscita nelle sale cinematografiche del film cult ‘Jurassic Park’, lascia la presidenza dell’INFN. Al suo posto subentrerà Luciano Maiani, ottavo presidente dell’istituto.

È il 6 maggio 1994 quando viene inaugurato il tunnel della manica, che garantirà i futuri collegamenti ferroviari tra l’Europa e la Gran Bretagna. Lo stesso anno, nei Laboratori Nazionali del Sud, viene accelerato il primo fascio di particelle all’interno del Ciclotrone Superconduttore (CS) K 800.

Frutto di un accordo tra l’Università di Milano e i LNS, il CS viene realizzato presso il LASA, che era stato istituito proprio grazie ai fondi destinati al progetto, e trasferito in Sicilia all’inizio degli anni ’90. La macchina si avvarrà dei sistemi di accelerazione delle particelle sviluppati nel centro di Segrate, il successo dei quali consentirà di confermare le potenzialità delle tecnologie superconduttive criogeniche nell’ambito della fisica degli acceleratori.

Dettaglio del Ciclotrone superconduttore durante l’istallazione presso i LNS
Crediti LNS INFN

Negli stessi anni, un’esperienza analoga giunge al termine presso i Laboratori Nazionali di Legnaro, dove entra in funzione l’acceleratore lineare ALPI, interamente progettato dai ricercatori dei LNL, che sfrutta soluzioni analoghe a quelle impiegate per il CS K 800. Entrambi gli acceleratori sono ancora oggi in funzione e vengono utilizzati per le attività sperimentali e applicative nei rispettivi Laboratori INFN.

Il 27 giugno 1994 i presidenti dell’INFN e del CNRS Luciano Maiani e Francois Kourilski sottoscrivono l’accordo per la realizzazione di Virgo, il primo osservatorio europeo per la rivelazione di onde gravitazionali, la cui costruzione sarà portata a termine nel 2003. Il sito scelto per ospitare la nuova infrastruttura è la piana di Cascina, in provincia di Pisa.

Specchi del rivelatore di onde gravitazionali Virgo nel laboratorio EGO (European Gravitational Observatory) dell’INFN e del CNRS francese, che si trova a Cascina (Pisa)
Crediti INFN, Photo Simone Schiavon

Virgo, un interferometro di tipo Michelson, si comporrà di due bracci perpendicolari lunghi 3 km e si avvarrà di sofisticate tecnologie per l’attenuazione del rumore sismico e antropico per renderlo sensibile alla rivelazione delle infinitesimali perturbazioni dello spaziotempo prodotte dai segnali gravitazionali.
Per l’INFN, a quasi cinquant’anni dalla sua nascita, Virgo rappresenta solo l’ultima tappa di un percorso avviato già alla fine degli anni ’70, quando, su incoraggiamento di Edoardo Amaldi, iniziano le prime attività sperimentali rivolte alla ricerca delle onde gravitazionali. Lavoro che porterà, dieci anni più tardi, alla realizzazione di tre rivelatori risonanti criogenici (Explorer al CERN, Nautilus ai Laboratori di Frascati e Auriga ai Laboratori di Legnaro), noti anche come barre di Weber. Nonostante l’insuccesso di questi apparati, l’esperienza maturata consentirà di fornire un contributo fondamentale alla realizzazione dell’interferometro.

Il 1994 rappresenta un anno di svolta per il settore europeo della fisica degli acceleratori. A dicembre, il Council del CERN approva infatti il progetto per la costruzione del Large Hadron Collider, il grande collisore adronico destinato a raccogliere l’eredità di LEP e ad aprire, raggiungendo energie più elevate, una nuova finestra sul mondo subatomico. La decisione sostenuta anche, dall’INFN in quanto membro del Council, vedrà attuazione tre anni più tardi con l’inizio dei lavori di costruzione nel tunnel di LEP, che sarà disattivato solo nel 2000 su decisione ancora una volta di Luciano Maiani, che nel 1998 assumerà la carica di Direttore Generale del CERN.

Foto del Council Cern del dicembre 1994. Al centro la delegazione italiana guidata da Luciano Maiani
Crediti CERN

Nel marzo del 1995 l’INFN è tra i principali protagonisti di un altro risultato fondamentale nel settore della ricerca dedicata allo studio dei costituenti ultimi della materia. Le collaborazioni internazionali alla guida degli esperimenti Collider Detector (CDF) e D0 del Fermilab annunciano la scoperta del quark top, la cui esistenza era stata predetta nel 1973 dai fisici Makoto Kobayashi e Toshihide Maskawa, anche grazie al precedente lavoro teorico svolto da Nicola Cabibbo sul principio di mescolamento dei quark.

Il Collider Detector al Fermilab (CDF)
Crediti Fermilab

Centrale per la scoperta il contributo dell’INFN, uno dei principali membri della collaborazione CDF. L’Istituto è infatti responsabile della realizzazione dei complessi calorimetri adronici che compongono il gigantesco rivelatore (dal peso di 5000 tonnellate), il cui compito è caratterizzare le particelle prodotte a seguito delle collisioni tra protoni e antiprotoni all’interno del Tevatron, l’acceleratore di particelle del Fermilab. Operativo dal 1985, CDF concluderà la sua attività nel 2011.

Il 1997 vede la pubblicazione del primo libro della saga che racconta le vicende del giovane mago più famoso del mondo, ‘Harry Potter e la pietra filosofale’. Nello stesso anno, non è di certo la magia, ma la fisica, a consentire di accelerare i primi fasci di elettroni e positroni all’interno dei due anelli che compongo il successore di Adone, Dafne, all’interno dei Laboratori Nazionali di Frascati.

Approvata durante la presidenza di Nicola Cabibbo, la costruzione di Dafne, un collisore del diametro di 100 metri, avrà inizio nel 1993. Grazie alla macchina, ancora oggi operativa, verranno condotte varie esperienze sperimentali attraverso l’utilizzo dei rivelatori KLOE, FINUDA, DEAR, SIDDHARTA e KLOE-2, finalizzato allo studio delle simmetrie fondamentali delle particelle elementari e alla ricerca di loro eventuali violazioni, fino ad arrivare all’attuale SIDDHARTA-2, per lo studio dell’interazione forte attraverso l’utilizzo di particelle composte da un quark e un antiquark chiamate Kaoni.

Panoramica della sala di Dafne
Crediti INFN

La luce di alta qualità prodotta dagli elettroni accelerati da Dafne consente inoltre di portate avanti attività di ricerca sulla struttura e sulle proprietà della materia di grande interesse tecnologico e industriale.

Enzo Iarocci
Crediti CERN

Nel 1998, Enzo Iarocci succede a Luciano Maiani alla presidenza dell’INFN. L’anno successivo Maiani sarà chiamato al CERN, dove ricoprirà il ruolo di Direttore Generale fino al 2003.

L’11 dicembre del 2000 è il giorno della firma dell’accordo tra INFN e il Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) per l’istituzione a Cascina, in provincia di Pisa, dell’European Gravitational Observatory (EGO), il consorzio europeo dedicato alla promozione della ricerca nel campo della fisica gravitazionale responsabile dell’interferometro Virgo.

Vista aerea di European Gravitational Observatory (EGO)
Crediti EGO

dal 1981 al 1991

dal 2001 al 2011

a cura di Ufficio Comunicazione INFN
testi a cura di Matteo Massicci
Comunicazione visiva F. Cuicchio UffCom INFN, produzione Multimedia Service
ITC Services, Servizi Nazionali INFN