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Al Cern a caccia dell'antimateria con i circuiti elettronici dell’Università degli Studi di Brescia

Sarebbe un mondo identico al nostro quello fatto di antimateria, ma simmetricamente ribaltato come visto allo specchio. La fisica ha previsto che l'antimateria esiste e gli scienziati al CERN di Ginevra ne stanno svelando i segreti. Attraverso sofisticate apparecchiature e strumentazione elettronica all'avanguardia, si è in grado di utilizzare particelle elementari come l'antiprotone, versione simmetrica del protone presente negli atomi della materia ordinaria, per sondare gli aspetti più reconditi che riguardano l’esistenza stessa dell’Universo.

Nel 2014 al CERN, in un esperimento a cui ha partecipato anche l'Università degli Studi di Brescia con il gruppo del Prof. Luca Venturelli, ordinario di Fisica Sperimentale, sono stati addirittura prodotti fasci di atomi di anti-idrogeno. L'Università degli Studi di Brescia è da tempo attiva nella ricerca con il CERN nel campo della fisica, e nel 2012 ha formalizzato un importante accordo di collaborazione per sostenere la mobilità di ricercatori e studenti. Ora l'Ateneo contribuisce anche con un ruolo di progettazione ingegneristica, lavorando allo sviluppo della strumentazione elettronica avanzata da usare al CERN per scovare l'antimateria.

Il team del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, coordinato dal Prof. Vittorio Ferrari, ordinario di Elettronica, e costituito dal Prof. Marco Ferrari e dall’Ing. Marco Baù, ha collaborato con il gruppo Beam Instrumentation del CERN guidato dall'Ing. Lars Soby, in visita nei giorni scorsi a Ingegneria per presentare i risultati della ricerca a docenti e studenti.

Obiettivo della collaborazione è la messa a punto di un circuito elettronico per la misura di posizione e energia di fasci di antiprotoni per il progetto ELENA (Extra Low ENergy Antiproton). ELENA è un piccolo sincrotrone, ossia un anello, dove un fascio di antiprotoni forniti dal deceleratore AD (Antiproton Decelerator) si muove lungo un percorso circolare e al contempo viene frenato. Il fascio di antiprotoni durante il suo percorso deve essere costantemente monitorato con grande precisione per poter essere guidato in traiettoria tramite forti campi magnetici.

Le competenze nella progettazione di elettronica per sensori del team dell'Università di Brescia hanno portato allo sviluppo di un circuito in grado di rivelare il piccolissimo segnale che il fascio di antiprotoni genera quando passa attraverso opportuni sensori di posizione dislocati lungo il suo percorso.

"Il progetto del circuito elettronico - racconta il Prof. Vittorio Ferrari - ha richiesto circa tre anni di attività svolta in stretta collaborazione tra il nostro gruppo di Brescia e i colleghi del CERN. Sapevamo che i segnali da rivelare sarebbero stati estremamente deboli, oscurati da un fondo di disturbi ineliminabili. E' come voler sentire il suono di una monetina che cade a terra in una piazza affollata" 

L’accuratezza necessaria per questo tipo di misure ha rappresentato una sfida che ha richiesto configurazioni circuitali sofisticate e tecniche costruttive avanzate.

"Il progetto - commenta il Prof. Marco Ferrari - ha compreso analisi teoriche, simulazioni al computer e sviluppo di prototipi collaudati nel nostro laboratorio e in quelli del CERN, con attività svolte a Brescia e Ginevra".

"Il periodo trascorso al CERN - aggiunge l'Ing. Marco Baù - è stato impegnativo e affascinante, un'esperienza di crescita unica in un ambiente in cui la professionalità è ai massimi livelli".

I 20 circuiti che costituiscono la sezione di misura di posizione e energia del fascio di antiprotoni sono da poco stati installati lungo l’anello di ELENA. I primi test condotti hanno mostrato il corretto funzionamento secondo le attese.

"Impegno, entusiasmo e lavoro di gruppo - dichiarano insieme V. Ferrari e L. Soby - hanno consentito di centrare l'obiettivo, e al collaudo il circuito ha funzionato come previsto e sperato".

Non appena la costruzione di ELENA sarà ultimata, si attendono i primi risultati dagli esperimenti futuri. Con gli apparati di ELENA gli scienziati del CERN indagheranno ancora più a fondo la struttura e i segreti di materia e antimateria. Prepariamoci a nuove sorprese.

Da sinistra: Marco Baù, Vittorio Ferrari, Lars Soby e Marco Ferrari

 

Lunedì, 4 Giugno, 2018