Quando la Comunità scientifica traccia rotte di luce verso la pace
Nel 2019 grandi passi a SESAME il laboratorio internazionale di ricerca in Medio Oriente
Il laboratorio SESAME a pochi chilometri da Amman in Giordania.
L’articolo qui proposto è stato scritto nel 2020 da Andrea Vacchi, oggi presidente di ICM, in qualità di fisico e coordinatore di SESAME (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East), un progetto internazionale di ricerca avviato in Giordania nel 2019. Abbiamo scelto di riproporlo in Kadmos perché racconta non solo un’avventura di scienza, ma soprattutto un’esperienza costruttiva di convivenza di persone di varie nazionalità e culture. A distanza di sei anni il Medio Oriente sembra aver abbandonato questa traiettoria verso il futuro. Per questo la testimonianza del laboratorio senza confini SESAME ci sembra più attuale che mai e abbiamo voluto riportarla alla luce.
La storia
Descrivere la fondazione del laboratorio internazionale SESAME includendo aspetti politici oltre che scientifici è un lavoro che va oltre i miei intenti. L’obiettivo di questo laboratorio è di unire attraverso l’attività di ricerca competitiva internazionale persone di paesi con tradizioni e religioni diverse motivate da un obiettivo comune; promuovere la conoscenza scientifica ed applicarla nell’avanzamento di tecnologie utili a tutti. È la base per un dialogo scientifico costruttivo proiettato su un futuro che coinvolge inevitabilmente anche scenari politici.
Già negli anni ’80 il fisico teorico Abdus Salam, pakistano, premio Nobel, conosciuto in Italia per aver fondato l’ICTP di Trieste (International Center for Theoretical Physics), suggerì di istituire un polo di ricerca in Medio Oriente, con la motivazione che in quella regione mancavano strutture di ricerca e che il Corano chiede di indagare sulle leggi della Natura. I tempi non erano ancora maturi ma circa un decennio dopo l’idea fu ripresa prendendo come riferimento un esempio di successo, il CERN (Centro Europeo di Ricerca Nucleare), realizzato nell’Europa post bellica associando la promozione della scienza e il consolidamento del percorso di pace. Nel 1994 su quel modello è nato lo spunto per impiegare la stessa idea nel Medio Oriente, Sergio Fubini, fisico teorico al CERN e professore all’Università di Torino, e Eliezer Rabinovici professore di fisica teorica all’Università ebraica di Gerusalemme, hanno pensato alla scienza come strumento per migliorare la collaborazione arabo-israeliana. È nato così ad Amman in Giordania nell’ambito di una collaborazione tra molti paesi della regione il laboratorio internazionale SESAME (https://www.sesame.org.jo/sesame/), il cui acronimo SESAME (Synchrotron-light for Experimental Science and Applications in the Middle East) significa Luce di sincrotrone per la scienza sperimentale e le applicazioni nel Medio Oriente. È gestito da un’organizzazione inter-governativa i cui membri sono: Autorità Palestinese, Bahrain, Cipro, Egitto, Giordania, Iran, Israele, Pakistan e Turchia. Inoltre molti paesi fra cui l’Italia, che partecipa al progetto dal 2013, sono osservatori nell’ambito degli organi di governo dell’organizzazione. Il progetto ha il duplice scopo di stimolare l’eccellenza scientifica nel Medio Oriente e negli Stati vicini limitando la fuga dei cervelli, dando la possibilità di svolgere ricerche di rilievo internazionale e di costruire ponti tra società e culture diverse contribuendo alla pace attraverso la cooperazione scientifica internazionale.
L’acceleratore
Il centro si basa su un acceleratore di elettroni (sincrotrone), di ultima generazione, con una circonferenza di circa 130 m. L’elettrone che viene accelerato, emette fotoni cioè luce. Se un campo magnetico impone ad un elettrone di restare in un’orbita circolare questo subisce un’accelerazione centripeta ed emette radiazione elettromagnetica. Per elettroni che si muovono a velocità vicine alla velocità della luce questa radiazione è tangente all’orbita e fortemente focalizzata a causa degli effetti relativistici. La si chiama “radiazione di sincrotrone”, fu osservata per la prima volta nel 1947, ha proprietà molto speciali rispetto a altre fonti di radiazione per esempio è fortemente collimata nella direzione degli elettroni che la emettono e può coprire un ampio spettro continuo di lunghezze d’onda dall’infrarosso ai raggi X. La potenza irradiata è di molti ordini di grandezza superiore a quella che si può ottenere con fonti più convenzionali, è possibile formare pennelli di radiazione (linee di luce), di dimensioni micrometriche che permettono, assieme agli strumenti di rivelazione, nuovi e dettagliati studi sulle proprietà fisico chimiche dei materiali.
Il nostro contributo
Un laboratorio di queste dimensioni è un’impresa costosa ma il supporto internazionale a questa idea ha dato i suoi frutti. L’Italia contribuisce dal 2013 con il sostegno del Ministero dell’Università e della Ricerca attraverso l’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) ed Elettra Sincrotrone Trieste S.p.A. non solo portando le proprie eccellenze tecnologiche con la fornitura di importanti elementi dell’acceleratore principale, di sistemi di rivelazione dedicati e con la formazione del personale addetto ma anche attraverso la costruzione, curata dall’INFN, di una nuova moderna ed accogliente foresteria. La foresteria è fondamentale per favorire lo scambio e l’incontro della comunità internazionale di ricerca, facilita l’incontro e la permanenza dei ricercatori che ottengono, attraverso una selezione competitiva, il privilegio dell’uso dell’acceleratore per le loro ricerche.
La nuova foresteria del laboratorio SESAME può accogliere oltre 40 ricercatori con sale da conferenze, mensa, e servizi.
Nel pannello di sinistra l'avvio dei lavori, al centro la nuova foresteria, destra il piano terra della foresteria con mensa sale seminari e di incontro.
Il momento dell'inaugurazione della foresteria intestata al Prof. Sergio Fubini, da sinistra a destra; il Presidente dell'INFN Prof. Antonio Zoccoli, il precedente presidente INFN Prof. Fernando Ferroni determinato sostenitore del progetto, il Prof Eliezer Rabinovici uno dei due fondatori, l'Ambasciatore Italiano ad Amman Fabio Cassese ed il Presidente di SESAME Prof. Rolf Heuer. La foresteria è dedicata al Prof. Sergio Fubini.
Uno strumento speciale
Per un laboratorio di ricerca scientifica è imperativo porsi alla frontiera della conoscenza, disporre di strumenti per attrarre le menti migliori e generare risultati d’avanguardia. Per questo abbiamo proposto e realizzato uno strumento di analisi che ha le caratteristiche necessarie a rinforzare il laboratorio SESAME come polo di ricerca internazionale. Si tratta di un sistema di rivelazione di fotoni, uno strumento che raccoglie l’esperienza ed i risultati di più di trent’anni del lavoro di ricerca alla frontiera. La tecnologia usata è molto interessante e meriterebbe un capitolo a parte, SDD Silicon Drift Detectors. Questi rivelatori sono come macchine fotografiche capaci di dare informazioni ad alta precisione sulla composizione e la struttura dei campioni in analisi.
In alto vediamo i risultati ottenuti dal rivelatore realizzato per il laboratorio SESAME. Il grafico in azzurro ci mostra una curva frastagliata con una serie di picchi, si tratta delle spettro di raggi X di fluorescenza del campione in analisi. Sono le linee dovute alle transizioni atomiche dei materiali che compongono il campione evidenziate dal processo di analisi con la luce di sincrotrone ed il nuovo rivelatore. È come un'impronta digitale che identifica il campione in analisi descrivendone le caratteristiche e la composizione. Nell'immagine in basso si vede il rivelatore completo nel suo involucro protettivo di alluminio che oltre al sensore contiene tutta l'elettronica di lettura ed il sistema di stabilizzazione della temperatura.
Se vogliamo dare uno sguardo ulteriore al rivelatore realizzato per SESAME, dobbiamo anzitutto parlare della Collaborazione che si è data l’obiettivo di realizzare uno strumento con potenzialità superiori a qualunque strumento esistente. L’idea si è concretizzata nel 2015 tra i ricercatori dell’INFN di Trieste, dell’Università di Udine, di Elettra Sincrotrone, del Politecnico di Milano e della Fondazione Bruno Kessler (FBK) di Trento con la collaborazione dell’ICTP, questi poli di eccellenza hanno messo in opera per SESAME la loro esperienza e capacità costruttiva. Ne è nato un gioiello strumentale che avrà probabilmente un seguito ma che, per ora, arricchisce in esclusiva i laboratori di SESAME permettendo già oggi misure altrimenti estremamente difficili. Si tratta di una realizzazione con un alto grado di complessità che richiede l’impiego di tecnologie uniche e dedicate che vanno dai dai sensori di silicio alle elettroniche di lettura, tutto converge in un sistema integrato e completo di tutto e capace di operare con autonomia, incluso il software di analisi dei risultati. Al sistema di rivelazione è richiesta grande affidabilità, è parte integrante della linea di luce sulla quale si avvicendano gli utilizzatori.
Un esempio sull’utilità di questi studi per la nostra quotidianità? l’analisi di campioni alimentari per escludere la presenza di elementi non voluti. Ma anche l’analisi di reperti storici e artistici ed altre analisi di tipo chimico industriale.
In alto il cuore del rivelatore di fluorescenza per la linea XAFS (X-ray absorption fine structure XAFS) del sincrotrone SESAME: si tratta di 8 matrici monolitiche ciascuna composta da 8 SDD (rivelatori a deriva di silicio) da 9 mm2. È un dispositivo oggi unico al mondo con caratteristiche ineguagliate. In basso i collaboratori di Trieste INFN ed Elettra in una riunione nelle fasi finali del progetto.
In alto assieme al rivelatore definitivamente installato sulla linea di luce di SESAME il coordinatore del progetto Prof. Andrea Vacchi con la ricercatrice Daniela Cirrincione che ha seguito in prima persona tutte le fasi di realizzazione. In basso la ricercatrice illustra la struttura del sistema al Presidente dell'INFN Prof. Antonio Zoccoli ed al Prof. Fernando Ferroni.
Vista del laboratorio SESAME dalla nuova foresteria.
Parliamo spesso di risultati scientifici a volte sorprendenti, più raramente parliamo della comunità di ricercatori che non conosce frontiere nazionali e che, oltre ai risultati utili a tutti, ci dimostra quali grandi possibilità e ricchezza porta lo scambio tra culture diverse che si integrano e rinforzano a vicenda.
Attraverso strutture come il laboratorio SESAME si può far crescere la cooperazione e utilizzare l’innovazione tecnologica come una forza di coesione e crescita comune. La rete sovranazionale di ricercatori che condividono conoscenze e imprese scientifiche e amicizia si avvicina al mondo produttivo ed ai cittadini.
