A Catania, nei laboratori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è in corso un progetto di ricerca sui neutrini finanziato dall’European Research Council che dimostra l’eccellenza del centro siciliano. Un esempio delle potenzialità dell’isola e di come si può evitare la “fuga” dei cervelli

di Claudia Cecilia Pessina

Di che cosa è fatto l’universo? Che cosa lo tiene insieme? Qual è la sua origine? Sono le domande che l’uomo si pone dalla notte dei tempi. Si fa per dire. Perché quando ci si avventura sul terreno dello spazio-tempo, dell’infinitamente piccolo e dell’infinitamente grande, la mente comincia a vacillare. E per pensare e descrivere ciò che ha il carattere del mistero ci si appoggia spesso a metafore. Diverso è per i tanti uomini di scienza che con l’osservazione, gli esperimenti e le deduzioni provano a spostare più in là l’orizzonte verso cui possiamo spingere il nostro sguardo, condensando poi il tutto in più o meno eleganti formule matematiche e precise spiegazioni per i non addetti ai lavori.

È quanto viene fatto ogni giorno nelle sedi dell’Infn, l’Istituto nazionale di Fisica nucleare, nato nel 1951 da gruppi delle Università di Roma, Padova, Torino e Milano al fine di proseguire e sviluppare la tradizione scientifica iniziata negli anni ‘30 con le ricerche teoriche e sperimentali di fisica nucleare di Enrico Fermi e della sua scuola. Dopo aver progettato e costruito qualche anno dopo il primo acceleratore italiano, dal nome scioglilingua di elettrosincrotrone, realizzato a Frascati, inizia la partecipazione alle attività di ricerca del Cern, il Centro europeo di Ricerche nucleari di Ginevra, per la costruzione e l’utilizzo di macchine acceleratrici sempre più potenti. Cinque le linee di ricerca fondamentali: fisica delle particelle, fisica astro-particellare, fisica nucleare, fisica teorica e ricerca tecnologica.

E una parte importante di questi studi viene portata avanti anche in Sicilia, all’Infn di Catania, che è sede sia di una delle diciannove sezioni dislocate in tutta Italia, sia dei Laboratori nazionali del Sud (LNS), uno dei quattro su scala nazionale, insieme a Frascati, Legnaro e Gran Sasso, che, ai fini della sperimentazione diretta, ospitano grandi apparecchiature e infrastrutture messe a disposizione della comunità scientifica nazionale e internazionale.

A spiegare che cosa succede dentro l’Istituto è la direttrice Alessia Tricomi, che è anche titolare della cattedra di Fisica sperimentale al dipartimento universitario di Fisica e Astronomia “Ettore Majorana” e direttrice del Centro siciliano di Fisica nucleare e Struttura della materia. “Per quanto riguarda la prima linea di ricerca, incentrata su esperimenti di vasta portata, la cosiddetta fisica delle particelle che studia le interazioni fondamentali delle particelle – dice – qui a Catania ci sono alcuni studiosi che collaborano al Large Hadron Collider, il grande acceleratore del Cern di Ginevra in cui si sono riprodotte collisioni che si pensano siano avvenute in fase di Big Bang che nel 2012 ha consentito di trovare l’evidenza del bosone di Higgs”.

Il bosone. La cosiddetta “particella di dio”, così importante perché responsabile di dare massa a tutte le particelle di cui siamo fatti. “Ricercata per cinquant’anni – aggiunge – era l’anello mancante di tutto lo schema del modello standard. Di fatto è fondamentale per l’esistenza stessa dell’universo”.

Per quel che riguarda la fisica nucleare, qui si indaga sul funzionamento delle stelle e si ricreano in laboratorio le condizioni estreme di densità e temperatura di un plasma di quark e gluoni, uno stato della materia che si presume abbia caratterizzato l’universo nei primi dieci milionesimi di secondo dopo il Big Bang. Ma si studia anche la fisica applicata a medicina, ambiente e beni culturali. Qui le sperimentazioni hanno sbocchi tangibili nella vita quotidiana delle persone. Come nei campi dell’elettronica e dell’informatica. Dell’imaging medico, della terapia del tumore con adroni, dello sviluppo di piani di trattamento in radioterapia con fasci di protoni e ioni. Ma anche per la datazione o la salvaguardia di beni culturali.

“Forse, pensando alla Sicilia, non viene subito da collegarla agli studi di Fisica nucleare. Mentre si dovrebbe sapere che ci sono e andarne più orgogliosi”, osserva ancora Tricomi. Inoltre, in questo momento, i vertici di diversi enti, sia della sezione che del dipartimento, ma anche del Cnr sono guidati da donne. “Un’anomalia. Perché se solitamente i corsi universitari esprimono quasi una parità di genere, nelle posizioni apicali la rappresentanza femminile tende a calare”.

Non è un caso che da questo terreno fertile, nel 2016 sia partita una proposta di ricerca di fisica fondamentale presentata al prestigioso European Research Council (Erc), proprio sul tema centrale e scottante del neutrino, sul mistero che tuttora permane intorno alla sua natura. E che sia stata premiata, a fronte di quasi tremila domande, insieme a soli altri tre progetti italiani. Uno dei pochissimi al Sud nell’ultimo decennio.

La ricercatrice titolare del progetto è Manuela Cavallaro, che a soli 35 anni ha ottenuto per il polo catanese un finanziamento di oltre 1 milione e 270 mila euro come supporto per effettuare ricerca di base di eccellenza, riservata a giovani ricercatori indipendenti, liberi di individuare nuove opportunità e direzioni di ricerca, anche promettenti per il futuro.

“Fino al 2022 – spiega – saremo impegnati sul progetto sperimentale NURE (sigla che sta per Nuclear REactions for neutrinoless double beta decay) che prova a verificare in chiave del tutto innovativa se sia fondata o meno l’ipotesi formulata nel 1937 proprio a Catania dal grande studioso Ettore Majorana, che il neutrino sarebbe sia un pezzetto di materia, che la sua controparte nell’antimateria: l’antineutrino. Che quindi sostanzialmente coinciderebbero”. Manuela Cavallaro avrebbe potuto decidere di trasferire questi soldi in qualunque centro d’eccellenza in Europa, negli Stati Uniti o in Giappone, da molti dei quali non sono mancati inviti per lo svolgimento della ricerca presso le proprie facilities. “Ma dato che per fortuna in Sicilia la fisica è avanzata, non ho dovuto far prevalere la motivazione affettiva per decidere di rimanere. Perché qui, oltre ad avere a disposizione tutto quello che serve in quanto a strumentazione e tecnologia, c’è una scuola d’eccellenza dove mi sono formata, e a cui sono grata, e un ambiente stimolante e competente frutto di una tradizione che si è radicata più di sessanta anni fa, e che ci fa essere al centro del mondo”.

Nel caso l’ipotesi di partenza si dimostrasse fondata, si andrebbe a incidere, migliorandolo, sul modello standard attualmente vigente nella comunità scientifica, spiegando aspetti finora rimasti irrisolti. Che rispondono a domande come: perché nell’universo c’è uno sbilanciamento netto a favore della materia rispetto all’antimateria? Non potrebbero essere esattamente simmetriche, altrimenti si annichilirebbero a vicenda e nulla di quello che ci circonda potrebbe esistere. Ma quale il processo che ha portato a questo stato in cui la materia prevale? “L’idea alla base del progetto – spiega la ricercatrice – è utilizzare le reazioni nucleari per ottenere informazioni essenziali che entrano in gioco nel cruciale fenomeno detto ‘doppio decadimento beta senza neutrini’, un rarissimo decadimento spontaneo, ancora mai rivelato, in cui un nucleo si trasforma in un altro nucleo. Se fosse confermato, si potrebbe cominciare a rispondere ad alcune di queste domande”.

In realtà la fase sperimentale è già conclusa e si è in piena fase di analisi dei dati, i cui risultati, s’intende, saranno messi a disposizione della comunità scientifica. “Perché la scienza è come un mosaico in cui ognuno mette il proprio tassello – continua Cavallaro, entusiasta anche degli sviluppi pratici immediati che tutta l’operazione ha comportato in termini di ricaduta formativa e lavorativa per la Sicilia -. Ci tengo a sottolineare che il finanziamento europeo sarà principalmente utilizzato per il personale, e non per la realizzazione di nuova strumentazione scientifica, di fatto già presente. Il progetto infatti ha permesso l’assunzione anche di altri sette ricercatori per la durata del progetto, e ha reso complessivamente più attrattivo il polo di Catania, ponendo le basi affinché molti giovani brillanti possano rimanere in Sicilia, in controtendenza alla triste fuga di cervelli, e attirando anche tanti nuovi studiosi da fuori.” Tanto più che dal gennaio 2020, formalizzando una situazione di fatto, anche il dipartimento universitario di Fisica, al quale lei è legata da un rapporto di collaborazione, è diventato partner ufficiale del progetto proprio per le altissime competenze presenti. “Si pensi inoltre anche all’indotto di tecnici, esperti e ingegneri impegnati per esempio nella realizzazione della strumentazione che viene sviluppata sia direttamente nei nostri laboratori sia in collaborazione con il mondo dell’industria”, sottolinea Gaetano Agnello, responsabile del servizio di informazione scientifica dei Laboratori nazionali del Sud.

Pura accademia? Niente affatto. “Sono ricerche al confine tra conosciuto e sconosciuto. Potenzialmente gli effetti di questi esperimenti possono farci modificare completamente la visione dell’universo”, conclude Cavallaro. Pet, radiodiagnostica, proton-terapia, telefoni e computer, solo per citare alcuni strumenti di cui ci serviamo ogni giorno, non esisterebbero senza la ricerca nel campo delle scienze “dure” come la fisica di base. “La lungimiranza dei nostri maestri che sono riusciti a fare installare in Sicilia importanti infrastrutture di ricerca va conservata nel presente e nel futuro – sottolinea il direttore dei Laboratori nazionali del Sud dell’Infn, Santo Gammino -. La nostra generazione sta aggiungendo a questa eredità una grande capacità di cooperazione locale e internazionale, che consente di creare valore aggiunto sul territorio. Nei decenni non ci siamo mai adagiati sugli allori e sempre di più abbiamo consolidato buone pratiche di collaborazione con le altre istituzioni scientifiche, condividendo con loro la visione seria ma ambiziosa di chi tiene i piedi ben piantati nella realtà senza smettere di sognare una Sicilia migliore”. Abbiamo un Cern in miniatura in casa e non lo sapevamo.