Salvo il laser più grande del mondo

Russia e Germania hanno permesso, con i loro fondi, di non far fallire il progetto europeo del laser più grande del mondo (Foto: Ufficio Stampa)

Russia e Germania hanno permesso, con i loro fondi, di non far fallire il progetto europeo del laser più grande del mondo (Foto: Ufficio Stampa)

Lo straordinario progetto europeo ha rischiato di fallire, ma si è usciti dall'empasse grazie alle contromisure di emergenza prese da Russia e Germania

Nei pressi di Amburgo, dodici Paesi stanno costruendo il laser europeo Xfel, che sarà il più potente al mondo. Di recente l'enorme progetto ha rischiato di fallire, ma si è usciti dall'empasse grazie alle contromisure di emergenza prese da Russia e Germania.

Cos'è?

I principi teorici del laser a elettroni liberi furono elaborati dai fisici di Novosibirsk Evgenij Saldin, Anatolij Kondratenko e Yaroslav Derbenev.  Si tratta di una sorgente di raggi X ad altissima luminosità. Dei pacchetti di elettroni vengono accelerati in un acceleratore fino a raggiungere quasi la velocità della luce; poi vengono incanalati in un sistema di magneti in cui gli elettroni si muovono lungo una sinusoide ed emettono dei lampi X coerenti, molto corti e potenti. Sono proprio questi ultimi lo strumento di lavoro per le ricerche scientifiche in svariati campi

A illustrare gli aspetti fondamentali di un progetto unico nel suo genere al corrispondente di Rossiyskaya Gazeta è il vice direttore del Centro di ricerche scientifiche Kurchatovskij e rappresentante speciale dell'istituto presso le organizzazioni europee di ricerca, MiKhail Rychev.   

Oggi sono diventati famosi come delle vere star il Large Hadron Collider e il bosone di Higgs: se ne sente parlare continuamente. Ma sta per entrare in scena un nuovo mostro della scienza, il laser a elettroni liberi. Sono realtà paragonabili tra loro?
Hanno molti aspetti in comune, ma anche delle differenze sostanziali. Il Collider è un'attrezzatura più grande e cara; è costata quasi dieci miliardi di dollari. Si tratta di una macchina fondamentale. Il suo scopo è quello di svelare i segreti della natura legati alla nascita e allo sviluppo dell'universo. Il laser Xfel, invece, se da un lato è una punta di diamante della scienza, dall'altro è fortemente "concentrato" sull'applicazione concreta nella "vita quotidiana", soprattutto in campi come medicina, farmacologia, chimica, nanotecnologie, energia, elettronica, creazione di nuovi materiali. E non in un futuro lontano, ma già da domani. È indicativo il fatto che alcune importanti aziende mondiali non solo siano interessate al laser, ma stiano partecipando attivamente alla sua realizzazione. Quanto ai costi del progetto, inizialmente erano stati stimati in 1.082 miliardi di euro, ma adesso sono aumentati di 150 milioni. Il laser sarà collocato sotto terra, a una profondità compresa tra i 6 e i 38 metri; la lunghezza dei tunnel sarà di circa 5.800 metri.

Come ha potuto attirare l'interesse delle aziende un'attrezzatura scientifica così imponente? In fondo, si tratta soprattutto di una ricerca seria nell'ambito della scienza pura.
Spesso viene fatta questa similitudine: immagini una partita di calcio. Conosciamo le formazioni delle due squadre prima del fischio d'inizio e conosciamo il risultato finale, ma non abbiamo la possibilità di vedere i goal. Allo stesso modo, gli scienziati oggi non hanno la possibilità di osservare come si sviluppano le reazioni chimiche, benché conoscano tutti i reagenti. Ne vedono solo il risultato. Perché? Perché non abbiamo uno strumento che ci permetta di osservare l'interazione degli atomi o delle molecole. Essa avviene in frazioni di tempo incredibilmente brevi, i femtosecondi: il femtosecondo è pari a un milionesimo di miliardesimo di secondo, il tempo in cui la luce percorre solo 30 micron. Il laser Xfel potrà appunto creare degli impulsi straordinariamente brevi e mostrare, un fotogramma dopo l'altro, come sono stati "segnati i goal": come si comportano gli atomi e le molecole nelle reazioni chimiche. È un aspetto che interessa molto numerosi scienziati: essi ne ricaveranno nuove conoscenze utili per creare le tecnologie del XXI secolo, radicalmente nuove, e materiali dotati di proprietà finora impossibili da ottenere. Inoltre, il laser permetterà di studiare al livello degli atomi la natura dei virus e di vedere come essi attaccano la cellula. Queste informazioni interessano soprattutto i farmacologi, che conoscendo la "fucina atomica" avranno la possibilità di creare nuovi medicinali, molto più efficaci. Il laser è in grado di compiere un'altra funzione assai affascinante per gli studiosi e gli specialisti dei campi più disparati: con un solo impulso di raggi X si potrà osservare la struttura tridimensionale delle proteine. Ciò potrà portare una rivoluzione nella biologia, nella medicina, nella genetica. Non è un caso che attualmente numerosi laboratori in tutto il mondo si stiano dedicando alla decodifica delle proteine. Ma è proprio l'Xfel, con le sue potenzialità, a far sperare in un balzo in avanti. Ecco perché tanti scienziati lo stanno aspettando con impazienza. Inoltre, il nuovo laser potrà penetrare i misteri dell'universo. Aiuterà gli scienziati a studiare la materia nelle condizioni estreme che caratterizzano l'interno delle stelle. Questo ci aiuterà a capire meglio come è fatto il nostro mondo.

Ma i laser a elettroni liberi non sono affatto una novità. Ve ne sono alcuni, tra l'altro, negli Usa e in Giappone. I laser esistenti non sono riusciti a risolvere i quesiti di cui lei parla?
In ogni caso, fino ad oggi non sono stati resi noti risultati di questa portata. È importante sottolineare che la potenza massima dei laser esistenti oggi non supera i 14 gigaelettronvolt, mentre l'energia sviluppata dall'Xfel è di gran lunga maggiore: 17 gigaelettronvolt. Per questo la sua brillanza sarà di un miliardo di volte maggiore; ma l'aspetto più importante è che il laser avrà una frequenza di impulsi mai raggiunta prima. Proprio questi parametri daranno al nuovo laser delle possibilità così ampie. Ciò sarà possibile grazie a un acceleratore superconduttore che funziona alla temperatura di - 271° C. Al suo interno, la dispersione del fascio sarà praticamente nulla. L'importanza di questo laser è resa particolarmente evidente dalla recente crisi mondiale. Per una serie di cause, il costo del progetto ha iniziato ad aumentare, ed è sorta la questione se ridurre l'energia fino a 14 gigaelettronvolt. È stato proposto, insomma, di ripetere un'esperienza già fatta. E, benché a malincuore, ad accettare quest'alternativa erano disposti quasi tutti i Paesi partecipanti al progetto, tranne la Germania e la Russia, i due governi, nonostante la difficile situazione economica, hanno acconsentito ad aumentare i finanziamenti. E di fatto hanno salvato il progetto di una macchina unica nel suo genere. I tedeschi hanno versato cento milioni di euro supplementari, noi cinquantanove milioni e duecentomila euro. 

Quali sono le quote di partecipazione dei vari Paesi nel progetto?
La Germania nel piano iniziale si era accollata metà della spesa e la Russia il 25 per cento; ma ora le loro quote sono cresciute. In sostanza, la Russia e la Germania sono le principali finanziatrici del progetto. Il resto dei fondi li hanno versati altri dieci Paesi dell'Europa.

A che punto è attualmente la realizzazione del laser?
Sono praticamente ultimati i lavori sotterranei, sono stati costruiti i tunnel, sta per iniziare la fase di montaggio delle attrezzature. L'entrata in funzione del laser è prevista per il 2016. 

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