Il 30 Settembre 2011 l’acceleratore Tevatron, al Fermi National Laboratory di Chicago è stato spento. Il più grande acceleratore adronico esistente prima dell’avvento dell’LHC ha fatto scontrare gli ultimi protoni qualche giorno fa.
La sua storia è stata lunga e piena di successi (speriamo che tra trent’anni si potrà dire lo stesso dell’LHC al CERN): inaugurato nel 1983 è stato il primo acceleratore di protoni (protoni e antiprotoni, contrariamente all’LHC che ha solo protoni) a raggiungere l’energia di 1 TeV (512 GeV per protone), da cui il nome.
L’energia con il tempo è aumentata, e così hanno cominciato ad arrivare le scoperte. Come stiamo assistendo in questi anni con l’LHC, ci vogliono diversi anni per raccogliere dati a sufficienza per poter fare scoperte, ma con la pazienza si raggiungono i risultati. Vi farò una breve carrellata di risultati molto importanti, soprattutto se visti nel loro insieme, perché le scoperte che sono state fatte al Tevatron hanno sostanzialmente disegnato l’intera cornice del Modello Standard della fisica moderna. Quello che al Fermilab non si è riuscito a fare, è stato piantare il chiodo al muro per appendere questo quadro così bello, il Modello Standard. Speriamo che all’LHC riescano a concludere l’opera.
Nel 1995 gli esperimenti del Tevatron, CDF e DZero, hanno annunciato la scoperta del quark “top”, il più massivo di tutti i quark e di tutte le particelle elementari note finora, e la cui previsione ha assicurato il premio Nobel per la fisica ai fisici teorici Makoto Kobayashi and Toshihide Maskawa. Solo un anno dopo, nel 1996, sotto la guida di fisici italiani, sono stati osservati la bellezza di 9 atomi di anti-idrogeno (e qui il CERN è riuscito a doppiare il risultato). Solo qualche anno dopo hanno misurato l’ultimo esemplare di un altro tipo di particelle, i mesoni, particelle composte solo da due quark (invece di tre, come i barioni, per esempio i protoni o i neutroni). Il Bc, mesone B charmato, ha la particolarità di avere un quark charm, tra i due che lo compongono. Nel 1999 i passi avanti continuano, con la misura della violazione CP (di cui abbiamo parlato qui), Carica-Parità.
Quest’ultima scoperta ha rappresentato la porta verso il ventunesimo secolo, l’era della comprensione dell’interazione debole e delle particelle ad essa collegate. Nel 2000 infatti l’esperimento DONUT un esperimento che sfruttava il fascio del tevatron allo stesso modo di come opera sfrutta quello del cern, ha osservato per la prima volta il neutrino Tau, completando così anche questa famiglia. Come sappiamo dalle recenti discussioni, i neutrini sono particelle piene di sorprese. Sono la chiave per comprendere l’interazione debole e, si spera, per definire una fisica oltre al Modello Standard. È per questo che uno dei grandi risultati del Fermilab è stata la misura dei parametri di interazione dei neutrini.
Nel 2006, sempre sulla stessa linea, si è osservato per la prima volta lo stranissimo comportamento del mesone Bs, B strange, che oscilla tra materia e antimateria alla velocità di 3 trilioni di volte al secondo! Le scoperte riguardanti la “materia strana”, ovvero composta dal quark strange, continuano fino agli ultimi anni di vita (con la scoperta di una nuova particella quest’anno), ma l’ultimo periodo è stato dedicato alla ricerca affannata del famigerato Bosone di Higgs, e i limiti posti dal Tevatron riducono la fascia di massa possibile per questo bosone a una manciata di GeV (tra i 115 e i 157 GeV).
In molti articoli (come per esempio questo di Wired Science) si lascia intendere che la chiusura del Tevatron rappresenta la fine della dominazione americana nella fisica delle particelle. Secondo me questo non è affatto vero, per due ragioni. In primo luogo perché è difficile parlare di dominazione in un campo come questo. Gli esperimenti e i macchinari in gioco sono enrmi, e difficilmente un unico paese può rendersi indipendente.
Al Tevatron hanno lavorato tantissimi ricercatori di ogni nazionalità e origine, Europei, Asiatici, Africani e chi più ne ha più ne metta. Esattamente come, d’altro canto, il CERN non rappresenta la dominazione europea. Università americane, cinesi e sudamericane sono fortemente presenti all’LHC, sia in termini economici che di manpower. In secondo luogo, ancora oggi, nonostante i pesanti tagli economici a cui abbiamo assistito, le università americane sono ancora un punto di riferimento per la ricerca di base, e anche le se le ricerche non vengono più effettuate sul suolo americano, non vuol dire che il mondo accademico degli Stati Uniti non sia più coinvolto nelle scoperte.
Inoltre, una delle cose più positive nell’avere macchinari così grossi e costosi è che si viene a formare un’immensa comunità scientifica attorno ad essi. Pensiamo all’acceleratore tedesco, DESY. Ormai non è più in funzione da anni, ma il centro di ricerca di Zeuthen è ancora uno dei più attivi e all’avanguardia d’Europa. Analogamente, i ricercatori del Fermilab non hanno intenzione di stare con le mani in mano. Ricordiamo che il Fermilab non è solo il Tevatron. Il complesso infatti ospita da decenni molti esperimenti a bersaglio fisso o per lo studio dei neutrini.
Questi sfruttano i pre-acceleratori usati in ultima istanza dal Tevatron come sorgente di protoni e neutrini con cui fare le misure. Con l’esperienza acquisita da esperimenti sui neutrini come MINOS e il sistema di produzione di neutrini NuMI, il Fermilab è in una posizione chiave per diventare il punto di riferimento nella ricerca sui neutrini. Nuovi esperimenti, come NOvA o LBNE (Long Baseline Neutrino Experiment) investigheranno la più interessante particella che abbiamo tra le mani negli ultimi vent’anni, il neutrino.
Accanto alle aspettative che noi tutti abbiamo nel confronti degli esperimenti dell’LHC, secondo me stiamo assistendo ad un momento molto speciale nella fisica delle particelle. La dominazione dei grandi acceleratori ha forse raggiunto il suo apice, e lascerà presto il posto ad un nuovo tipo di esperimenti, come quelli sui neutrini, o sulla rivelazione diretta di particelle di materia oscura, che forse ci aiuteranno a raccapezzarci su cosa manca al Modello Standard per spiegare tutto quello che osserviamo nell’Universo.
