Tre ricercatori hanno ottenuto una delle prestigiose borse di studio del Fondo Nazionale Svizzero (FNS) per le loro ricerche presso l'Istituto Paul Scherrer PSI. Con un finanziamento complessivo di 5,5 milioni di franchi svizzeri, nei prossimi anni potranno osservare più da vicino il cemento, imparare a comprendere meglio i catalizzatori chimici e contribuire alla ricerca di una nuova teoria che spieghi il nostro mondo.
John Provis studia il calcestruzzo e la complessa interazione di tutti i suoi componenti. L'obiettivo è comprendere meglio il materiale da costruzione e renderlo più sostenibile. Istituto Paul Scherrer PSI/Mahir Dzambegovic
Un ricercatore di materiali, uno specialista di catalisi e un fisico teorico possono rallegrarsi: I loro progetti di ricerca al PSI riceveranno un sostegno milionario dal Fondo Nazionale Svizzero per i prossimi cinque anni. Uno scienziato riceverà una sovvenzione avanzata del valore di 2,14 milioni di franchi svizzeri e altri due una sovvenzione iniziale del valore di 1,7 milioni di franchi svizzeri. In totale, il PSI riceverà 5,5 milioni di franchi.
John Provis: Ricerca sul calcestruzzo
Edifici, ponti, parcheggi: il calcestruzzo è un materiale da costruzione onnipresente. Ed è forse per questo che è sottovalutato, afferma John Provis del Centro per le tecnologie e le scienze nucleari del PSI: "Il calcestruzzo perdona molto. Anche se viene mescolato in modo errato, è comunque un materiale che può essere utilizzato abbastanza bene. La maggior parte delle persone non si rende conto di quanto sia complicata la chimica che sta dietro al calcestruzzo".
Il ricercatore di materiali è particolarmente interessato agli innumerevoli strati limite in cui si incontrano le superfici delle particelle: cemento, granelli di sabbia, ciottoli, cenere, calcare, argilla e, naturalmente, molecole d'acqua. I numerosi componenti di dimensioni molto diverse creano un'interazione complessa che è ancora in gran parte sconosciuta.
"In pratica, non sappiamo perché il calcestruzzo si indurisca. E cosa lo fa aderire". John Provis sta quindi letteralmente progettando di osservare l'indurimento del calcestruzzo. Tra le altre cose, utilizzerà la sorgente svizzera di neutroni a spallazione SINQ. Questo perché la radiazione neutronica può guardare all'interno dei materiali e visualizzare anche le molecole d'acqua.
L'obiettivo principale di Provis è migliorare il calcestruzzo e renderlo allo stesso tempo più sostenibile. Perché se comprendiamo meglio il materiale, possiamo anche progettare più facilmente nuovi tipi di cemento più rispettosi dell'ambiente. Poiché il cemento viene utilizzato anche per stoccare in sicurezza i rifiuti radioattivi, il team di John Provis ha sede presso il Laboratory for Repository Safety.
Per il suo progetto, John Provis ha ottenuto una sovvenzione avanzata del FNS del valore di 2,14 milioni di franchi svizzeri per i prossimi cinque anni.
Aram Bugaev osserverà le reazioni chimiche in piccoli apparecchi. Utilizzerà la speciale luce a raggi X della Swiss Light Source SLS del PSI. Istituto Paul Scherrer PSI/Mahir Dzambegovic
Aram Bugaev: Ricerca sulla catalisi
Il fatto che possiamo utilizzare molte reazioni chimiche a livello industriale è merito dei catalizzatori: sostanze ausiliarie che accelerano una reazione senza consumarsi. I catalizzatori sono indispensabili, ad esempio, nella produzione di farmaci. Aram Bugaev del Centro per la ricerca sui fotoni del PSI sta studiando come avvengono queste reazioni.
A questo scopo lo scienziato utilizza dei minireattori, costituiti da una rete di canali di dimensioni millimetriche incisi o fusi in vetro o plastica. I piccoli tubi contengono solo minuscole quantità di liquido, che viene costantemente pompato attraverso l'apparato. "In questo reattore miniaturizzato possiamo studiare le reazioni più velocemente e con un minor consumo di materiale rispetto a una beuta di vetro in un laboratorio di chimica", spiega Aram Bugaev. "Ad esempio, possiamo mescolare i liquidi in pochissimo tempo, aumentare la temperatura o modificare altre condizioni - e possiamo farlo anche automaticamente".
Dopo aver mescolato sostanze e catalizzatori nel mini-reattore, il ricercatore osserva il liquido con i raggi X per capire cosa succede esattamente durante la reazione e cosa deve essere cambiato, ad esempio per creare una quantità maggiore del prodotto desiderato. "Vogliamo sviluppare una piattaforma che possa essere utilizzata per studiare e ottimizzare qualsiasi reazione in un liquido".
Per le sue indagini, il ricercatore utilizza la radiazione di sincrotrone, ossia una luce a raggi X particolarmente intensa. Il ricercatore è quindi in attesa che la sorgente svizzera di luce di sincrotrone SLS del PSI torni in funzione subito dopo l'attuale aggiornamento SLS 2.0. Il suo progetto inizierà quindi solo il prossimo anno. Il suo progetto non inizierà quindi prima del prossimo settembre. Ha tutto questo tempo per mettere insieme il suo team di ricerca.
Aram Bugaev ha ottenuto una sovvenzione di avviamento del FNS per un totale di 1,7 milioni di franchi svizzeri. L'azienda farmaceutica Novartis è coinvolta nel progetto finanziato come partner di cooperazione scientifica.
Jason Aebischer svilupperà un software. Il software sarà liberamente accessibile a tutti i ricercatori e servirà a testare nuovi modelli di fisica delle particelle che descrivono il nostro mondo. Jason Aebischer
Jason Aebischer: alla ricerca di nuova fisica
Il modello standard della fisica delle particelle descrive come funziona il mondo: di cosa siamo fatti, come questi minuscoli componenti interagiscono tra loro e perché molte cose hanno una massa, compresi noi. Ma questa teoria non spiega molti fenomeni e quindi ci sono delle lacune nella nostra comprensione del mondo. "Ad esempio, non sappiamo cosa siano la materia oscura e l'energia oscura, che costituiscono il 95% del nostro universo", spiega il fisico teorico delle particelle Jason Aebischer.
I fisici stanno quindi lavorando a nuovi modelli che possano spiegare anche i fenomeni rimasti finora misteriosi. "Partiamo dal presupposto che il modello standard della fisica delle particelle possa essere ampliato da nuove particelle e nuove forze". I ricercatori creano nuovi modelli a questo scopo e li testano in un lungo lavoro di calcolo.
Nell'ambito del suo progetto, Jason Aebischer svilupperà un software che aiuterà a testare questi nuovi modelli. "Questo software sarà liberamente accessibile a tutti i ricercatori. In altre parole, chiunque potrà usarlo per testare i modelli e vedere quali fenomeni una teoria descrive meglio o peggio. Molti modelli possono anche essere esclusi immediatamente". Jason Aebischer sta attualmente conducendo ricerche al CERN di Ginevra. In ottobre si trasferirà al Laboratory for Particle Physics presso il Centre for Neutron and Muon Research, dove creerà un proprio gruppo di ricerca con una sovvenzione di avviamento del FNS di 1,7 milioni di franchi svizzeri.
Al PSI applicherà il suo software a esperimenti specifici per confrontare i suoi modelli con la realtà. Un esperimento interessante per Aebischer, ad esempio, è il previsto esperimento Mu3e: esso cerca il decadimento di una particella specifica, il muone, in altre tre particelle, ossia un elettrone e due positroni. Secondo il modello standard della fisica delle particelle, questo decadimento è molto improbabile, ma il PSI sta comunque cercando di misurarlo. Si tratta di uno dei tanti esperimenti che illustreranno dove il modello standard deve essere corretto.
