"IMPACT è molto importante per la competizione internazionale".

Signora Kiselev, il progetto IMPACT è ancora in fase di progettazione. Vorrebbe fare un po' di pubblicità al progetto?

Con IMPACT intendiamo realizzare un potenziamento decisivo di una grande struttura centrale del PSI, ovvero il nostro acceleratore di protoni HIPA. Con l'ampliamento previsto, contribuiremo a mantenere il panorama della ricerca svizzera al livello attuale. IMPACT è quindi di importanza strategica per il PSI. Tuttavia, il Parlamento svizzero deve ancora dare la sua approvazione. Questo è il processo stabilito per i grandi progetti che devono essere finanziati nell'ambito della Roadmap svizzera per le infrastrutture di ricerca.

E IMPACT è già su questa tabella di marcia?

Sì, dall'estate del 2023, quando la Segreteria di Stato per la formazione, la ricerca e l'innovazione (SEFRI) ha pubblicato il messaggio ERI 2025-2028. Il Parlamento svizzero deciderà su questo messaggio ERI alla fine del 2024 e quindi sul finanziamento di IMPACT. Al PSI abbiamo già esperienza di questo processo: tra l'altro, lo abbiamo affrontato con successo per la costruzione del nostro ultimo impianto di ricerca su larga scala SwissFEL e per l'attuale progetto di aggiornamento SLS 2.0 della nostra sorgente di luce di sincrotrone svizzera.

Cosa rende l'impianto di accelerazione di protoni HIPA così speciale?

L'HIPA festeggerà il suo 50° anniversario nel febbraio 2024. È giusto dire che la struttura ha permesso di svolgere ricerche all'avanguardia in molte discipline diverse per cinque decenni. Le strutture di queste dimensioni non perdono la loro importanza. Anzi, aumentano di valore se si continua a investire su di esse. È quello che stiamo facendo con l'aggiornamento previsto, tra le altre cose, in modo che l'HIPA possa servire anche le future generazioni di ricercatori. Dopotutto, anche altre strutture simili in tutto il mondo stanno investendo nel futuro e stanno recuperando terreno.

Questo significa che l'HIPA è un leader mondiale?

Lo è davvero per alcuni dei suoi parametri. L'HIPA eroga un fascio intenso e continuo di protoni accelerati. I protoni sono particelle cariche positivamente che si trovano anche in ogni atomo. Al PSI, i protoni accelerati vengono convogliati in enormi capannoni verso varie strutture di ricerca su larga scala, dove vengono utilizzati per generare altre cosiddette particelle secondarie. Queste particelle secondarie vengono poi utilizzate per svolgere indagini scientifiche in oltre 30 diverse stazioni sperimentali.

Un tipo di particella secondaria che utilizziamo molto al PSI è il muone. Si tratta di particelle elementari un po' meno conosciute, ma che vengono prodotte in modo del tutto naturale, ad esempio nella nostra atmosfera. Al PSI li generiamo in modo mirato. Abbiamo la più alta intensità di muoni al mondo che può essere utilizzata negli esperimenti. Altre strutture in tutto il mondo ci stanno raggiungendo in parte con i loro ulteriori sviluppi. IMPACT è molto importante in termini di concorrenza internazionale, perché aumenterà di 100 volte il nostro flusso massimo di muoni qui al PSI e in futuro renderà disponibili 10 miliardi di muoni al secondo per la ricerca nella fisica delle particelle e nella scienza dei materiali.

E perché abbiamo bisogno di questo enorme numero di muoni?

I muoni sono instabili e quindi decadono in altre particelle dopo poco tempo. Dal punto di vista scientifico, questi decadimenti di particelle sono molto interessanti perché ci dicono molto sulle regole fondamentali della fisica. Questa è anche la direzione della ricerca al CERN.

Al PSI, ad esempio, stiamo cercando alcuni decadimenti di muoni che indicherebbero un mondo al di là del cosiddetto modello standard della fisica delle particelle. Questo modello standard dovrebbe descrivere il nostro intero universo, ma ci sono diverse osservazioni astrofisiche che lo contraddicono. Per questo motivo, collaborazioni internazionali stanno conducendo ricerche su questi decadimenti speciali e al PSI si stanno svolgendo esperimenti di primo piano. Con il flusso di muoni finora disponibile, presto avremo esaurito le possibilità di trovare i decadimenti delle particelle critiche. In futuro, quindi, potremo fare progressi in questa ricerca solo aumentando ulteriormente il flusso di muoni grazie a IMPACT.

IMPACT sarà utile anche per le questioni e i problemi terrestri?

Utilizziamo i muoni anche per studiare nuovi tipi di materiali. Questo rivela proprietà fondamentali dei materiali, importanti per lo sviluppo di nuove tecnologie. Con IMPACT potremo misurare più rapidamente campioni molto più piccoli e analizzare un'area più ampia rispetto al passato, dalla superficie ai solidi. Questo ci darà nuove conoscenze sulla scienza dei materiali.

In secondo luogo, IMPACT ci aiuterà anche nella medicina nucleare. Stiamo progettando una struttura completamente nuova che sarà utilizzata per la ricerca sulla terapia del cancro mirata e personalizzata. Ciò comporta lo sviluppo dei cosiddetti radionuclidi o radiofarmaci per uso medico. Questi vengono già utilizzati per alcuni tipi di cancro. Vogliamo essere in grado di fornire il radionuclide giusto per ogni tipo e stadio di cancro. La nostra attenzione si concentra sui radionuclidi dello stesso elemento chimico che possono essere utilizzati sia per diagnosticare che per combattere il cancro. Questo duplice uso ha il grande vantaggio di poter prevedere abbastanza bene, in fase di diagnosi, come l'organismo reagirà al trattamento, in modo da poter adattare la dose, se necessario.

Anche se il Parlamento svizzero deciderà sul finanziamento solo alla fine del 2024, per IMPACT sono già necessari molti preparativi. Come funziona?

Se alla fine del 2024 verrà presa una decisione positiva sul finanziamento, le prime modifiche fisiche dovranno iniziare poco dopo, poiché IMPACT è previsto per il periodo di finanziamento della ricerca a partire dal 2025. Ciò significa che la pianificazione e gran parte del lavoro preparatorio devono essere fatti ora. Il PSI sta investendo in questo senso e si è impegnato a stanziare 1,2 milioni di franchi svizzeri per i lavori preparatori in ciascuno degli anni 2022, 2023 e 2024.

Quali sono gli esempi specifici di questo lavoro preparatorio?

In primo luogo, nel gennaio 2022 abbiamo prodotto un rapporto di progettazione concettuale (CDR) di 300 pagine. Il documento contiene già il progetto di base, dalle motivazioni scientifiche ai concetti tecnici e ai calcoli iniziali. Questo rapporto è stato la base per il prefinanziamento del PSI. Il passo successivo è la "Relazione tecnica di progettazione" (TDR), che contiene l'elaborazione tecnica dei concetti. Nel caso della costruzione di una casa, questo corrisponderebbe probabilmente al piano di costruzione dettagliato in conformità alle normative vigenti. Attualmente stiamo creando i concetti e i modelli CAD, cioè i modelli di progettazione assistita da computer, di ogni singolo componente futuro. Si tratta di migliaia di modelli CAD che stiamo componendo in enormi puzzle tridimensionali con un'enorme quantità di dettagli e sfide tecniche.

La ristrutturazione interesserà diverse aree dei padiglioni intorno all'HIPA.

Esatto, e stiamo sfruttando questa opportunità per ottimizzare percorsi e processi. Per esempio, le vie di fuga nel padiglione: grazie alla ristrutturazione siamo riusciti a renderle più corte di prima e in futuro non ci saranno più scale. Questo rende le nostre strutture più sicure e naturalmente va a vantaggio di tutti.

Inoltre, una stazione criogenica, dove viene riempito l'elio liquido per gli esperimenti, dovrà essere eliminata. Abbiamo colto l'occasione per spostarla in una nuova sede più accessibile. Finora la stazione criogenica era sopraelevata, per cui praticamente tutti i contenitori di riempimento dovevano essere trasportati con una gru, il che richiedeva molto tempo nel corso dell'anno. Nella nuova sede, l'accesso sarà molto più facile e sarà possibile eliminare più della metà dei 2000 viaggi all'anno con la gru.

Come si può realizzare un progetto così complesso e su larga scala?

Direi: con un team di gestione del progetto dedicato e più di 100 altri specialisti coinvolti da cinque dipartimenti del PSI. Il progetto di potenziamento IMPACT coinvolge ricercatori in biologia e chimica, ricerca sui neutroni e sui muoni, energia nucleare e sicurezza, oltre a persone che si occupano di strutture di ricerca su larga scala e di logistica. Anche per il PSI interdisciplinare, si tratta di una collaborazione unica su un progetto importante.

Il coordinamento richiede molto tempo, ma è anche molto stimolante, perché tutti questi specialisti hanno un contributo molto prezioso. Ed è proprio la diversità di competenze del PSI il nostro punto di forza. Dai ricercatori delle linee di fascio agli specialisti dei cosiddetti bersagli, dei magneti, della diagnostica del fascio, delle simulazioni, dello sviluppo dei rivelatori, delle infrastrutture necessarie, senza le quali nulla funziona, e molto altro ancora, il tutto sotto l'occhio vigile della sicurezza sul lavoro: abbiamo tutto questo in loco e ne abbiamo bisogno.

Intervista: Istituto Paul Scherrer/Laura Hennemann