Il presidente Parmelin ha approvato la richiesta di finanziamento presentata da un vasto consorzio guidato dall’Istituto Paul Scherrer PSI e dall’Università di Zurigo. Grazie al polo di ricerca nazionale «Muoniverse», la ricerca con i muoni del PSI disporrà in futuro degli strumenti per rispondere alle domande della comunità scientifica e dell’industria. Un progetto faro di portata internazionale.
Klaus Kirch è responsabile del laboratorio di fisica delle particelle presso il Centro di ricerca sui neutroni e i muoni del PSI e insegna all’ETH di Zurigo. È direttore del PRN «Muoniverse», il cui finanziamento è stato recentemente autorizzato dal FNS. © Istituto Paul Scherrer PSI / Markus Fischer
Il Fondo nazionale svizzero ha indetto per la sesta volta un bando per i poli di ricerca nazionali (PRN, in inglese «National Centres of Competence in Research», NCCRs). Con questo strumento, il FNS sostiene progetti di ricerca a lungo termine di importanza strategica su temi rilevanti e con un approccio interdisciplinare e interuniversitario. L’Istituto Paul Scherrer PSI e l’Università di Zurigo si sono aggiudicati dei fondi per il PRN «Muoniverse» che, come dice il nome, porta avanti la ricerca sulle particelle elementari chiamate «muoni».
«Siamo molto soddisfatti di poter dirigere questo PRN in qualità di promotori del progetto Muoniverse», dichiara Klaus Kirch, responsabile del laboratorio di fisica delle particelle presso il Centro di ricerca sui neutroni e i muoni del PSI, professore all’ETH di Zurigo e direttore designato di Muoniverse. Il FNS aveva già avviato cinque serie di PRN negli anni 2001, 2005, 2010, 2014 e 2020, ai quali il PSI aveva spesso contribuito (v. ad esempio i poli MaNEP, MUST e MARVEL). Ora, per la prima volta, il PSI assume la direzione di un PRN.
Vicedirettrice di Muoniverse sarà Angela Papa, anch’essa ricercatrice al Centro di ricerca sui neutroni e i muoni del PSI. «Il PSI possiede l’impianto di fasci di muoni più intensi al mondo, che ci permette di portare avanti progetti di ricerca unici nel loro genere», spiega la ricercatrice. Per questo il PSI è un’istituzione importante per i gruppi di ricerca di tutto il mondo che operano nei settori della fisica delle particelle e della ricerca sui materiali, in particolare per i materiali magnetici, quantistici ed energetici. In futuro però l’impianto potrà rendere molto di più e offrire quindi possibilità uniche per le attività di ricerca esistenti e future a livello internazionale.
I muoni: i fratelli pesanti degli elettroni
I muoni sono, per così dire, i fratelli «pesanti» degli elettroni e delle loro antiparticelle, i positroni. Hanno proprietà fisiche identiche agli elettroni e ai positroni e si distinguono solo per il fatto che la loro massa è notevolmente maggiore e perché sono instabili. La massa più elevata fa sì che i muoni riescano a penetrare meglio nei materiali. «Questo è un grande vantaggio, perché con i muoni è possibile esaminare anche campioni di materiali più spessi, a differenza degli elettroni, che permettono di vedere solo gli strati più superficiali», spiega Kirch, illustrando i meriti della ricerca con i muoni. Ma i muoni hanno vita estremamente breve. Per questo servono sofisticati acceleratori di particelle per produrli e trasportarli rapidamente all’esperimento prima che decadano.
L’attuale impianto al PSI fornisce fasci di muoni di grande intensità. «La concorrenza però avanza rapidamente. Ecco perché stiamo realizzando un aggiornamento dell’impianto con il progetto IMPACT», spiega Kirch. Ma anche con questo aggiornamento il potenziale della ricerca con i muoni sarà ben lontano dall’essere pienamente sfruttato. Per questo il progetto Muoniverse prevede anche un’intera serie di miglioramenti che vanno ben oltre lo stato attuale della tecnologia. «Ci stiamo avventurando in un territorio tecnologico sotto vari aspetti ancora inesplorato», dice Kirch.
Angela Papa è ricercatrice al Centro di ricerca sui neutroni e i muoni del PSI, insegna all’Università di Pisa ed è vicedirettrice del PNR «Muoniverse». © Istituto Paul Scherrer PSI / Markus Fischer
Trasformare un’ascia in scalpello
Il progetto Muoniverse offre possibilità di ricerca uniche. I fasci di muoni utilizzabili potranno essere focalizzati in maniera decisamente migliore. «Grazie alla migliore qualità dei fasci, in futuro potremo fare analisi estremamente precise anche su campioni di materiale piccoli», sottolinea il ricercatore. «Praticamente trasformiamo l’ascia in uno scalpello», aggiunge con un sorriso di soddisfazione. Con fasci di muoni così puri sarà possibile analizzare nei dettagli materiali quantistici nuovi e superconduttori. Ma non solo: i fasci di muoni dovrebbero rivelarsi interessanti anche per il settore industriale, ad esempio per la ricerca sui processi di carico e scarico delle batterie.
Nuove opportunità si avranno poi nel campo della storia dell’arte e dell’archeologia, ad esempio per radiografare oggetti, quadri e manufatti senza rischiare di distruggerli. Così sarà possibile determinarne la composizione elementare, portare alla luce strati nascosti, individuare le contraffazioni, ma anche datare la creazione di un’opera d’arte. Tutte ragioni che hanno spinto anche il Museo nazionale svizzero e Augusta Raurica a diventare partner del progetto.
«Muoniverse» è un grande progetto collaborativo che, oltre al PSI come direttore e all’Università di Zurigo in qualità di vice-direttrice, riunisce anche altri partner: le università di Berna, Friburgo e Ginevra, l’ETH di Zurigo, l’EPFL, la scuola universitaria professionale di Lucerna, il programma «artists-in-labs» della scuola universitaria d'arte di Zurigo, l’Empa, il Museo nazionale svizzero, Augusta Raurica, il WSL-Istituto per lo studio della neve e delle valanghe SLF e il CERN. Altri istituti internazionali di prestigio fanno anch’essi parte di questa rete di ricerca allargata.
«Nell’ambito di Muoniverse creeremo tre nuove cattedre in collaborazione con l’Università di Zurigo», annuncia Marc Janoschek, direttore del Centro di ricerca sui neutroni e i muoni del PSI, professore all’Università di Zurigo e co-direttore di Muoniverse. «In questo modo i temi interdisciplinari di questo PNR rimarranno anche in futuro saldamente ancorati in Svizzera.»
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L'Istituto Paul Scherrer PSI sviluppa, costruisce e gestisce grandi e complesse strutture di ricerca e le mette a disposizione della comunità di ricerca nazionale e internazionale. La sua ricerca si concentra sulle tecnologie del futuro, l'energia e il clima, l'innovazione sanitaria e i fondamenti della natura. La formazione dei giovani è una preoccupazione centrale del PSI. Per questo motivo, circa un quarto dei nostri dipendenti sono ricercatori post-dottorato, dottorandi o apprendisti. Il PSI impiega un totale di 2.300 persone, il che lo rende il più grande istituto di ricerca della Svizzera. Il budget annuale è di circa 450 milioni di franchi svizzeri. Il PSI fa parte del settore dei PF, che comprende anche il Politecnico di Zurigo e l'EPF di Losanna, nonché gli istituti di ricerca Eawag, Empa e WSL. (al 06/2025)
