Quando si fa ricerca in fisica, a un certo punto, 20-30 anni dopo, anche le scoperte che si fanno di fisica di base hanno un impatto molto spesso enorme dal punto di vista tecnologico qualche decina di anni dopo, come è stato l'esempio della fisica quantistica sull'elettronica che poi ha preso piede negli anni successivi e che oggi è la base della rivoluzione industriale che viviamo.

Salve a tutti, siete all'ascolto di INSiDER - Dentro la Tecnologia, un podcast di Digital People e io sono il vostro host, Davide Fasoli.

Nella 200esima puntata di questo podcast, proviamo a capire che ruolo hanno le tecnologie più innovative di cui sentiamo spesso parlare anche all'interno del più grande laboratorio al mondo di fisica delle particelle, ovvero il CERN di Ginevra.

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Portare la connessione internet nelle zone più remote del pianeta è sempre stata un'operazione molto rischiosa per le grandi aziende di telecomunicazioni.

Installare infatti delle antenne 4G o 5G per garantire la connettività in una determinata zona significa collegare tali infrastrutture con dei cavi oppure tramite onde radio.

Il problema delle aree remote però è che queste due soluzioni non sono particolarmente convenienti per gli operatori, i quali devono affrontare diverse sfide legate sia alla morfologia del territorio che ai costi di realizzazione.

Escluse queste due, la soluzione più conveniente rimane quella della tecnologia satellitare e infatti, proprio questa settimana, Vodafone e Amazon hanno annunciato di aver stretto un accordo che prevede l'utilizzo della costellazione dei satelliti Kuiper con l'obiettivo di connettere meglio le zone più remote dell'Europa e dell'Africa.

In particolare, Project Kuiper sarà un servizio analogo a quello di Starlink di SpaceX che presumibilmente diventerà operativo a partire dal 2024, quando inizieranno a essere lanciati in orbita i primi satelliti.

Vodafone in questo caso sarà una tra le tre aziende che contribuirà alla realizzazione del servizio di Amazon e che utilizzerà direttamente per connettere tra loro le diverse antenne che verranno installate nei posti in cui attualmente non esiste alcun servizio internet.

Abbiamo dedicato diverse notizie per parlare delle varie fasi del Digital Markets Act, ossia quella normativa dell'Unione Europea che si prefigge di regolare e porre dei limiti a quelle aziende che, per i loro numeri, possono controllare il mercato digitale.

Il 1 novembre 2022 era infatti entrata in vigore, ma è stata poi applicata dal 2 maggio di quest'anno.

E mercoledì 6 settembre la Commissione Europea, infine, ha designato i sei Gatekeeper che dovranno sottostare alla normativa, ossia Alphabet, Amazon, Apple, ByteDance, Meta e Microsoft.

I Gatekeeper vengono definiti in base a diversi parametri, tra cui il fatturato e il numero di utenti mensili.

Fra sei mesi, dunque, diversi servizi di questa azienda verranno monitorati per verificare se seguono le direttive europee.

Tra i servizi troviamo Android, iOS e Windows come sistemi operativi, i principali social network, il motore di ricerca Google, WhatsApp, Messenger, Google Play, App Store, Amazon e molti altri.

Tra gli obblighi, invece, troviamo una maggior libertà per gli utenti, tra cui la possibilità di disinstallare app predefinite o usare store alternativi, e per le app di messaggistica l'obbligo di essere interoperabili con altre app.

Infine, le aziende che non si adegueranno dovranno pagare delle multe che possono arrivare fino al 10% del fatturato.

Molto spesso tendiamo a sottovalutare il ruolo dei centri di ricerca, che a volte vengono visti come strutture in cui le ricerche portate avanti non hanno un reale impatto sulla nostra vita quotidiana.

La realtà chiaramente è ben diversa, ed è proprio in questi centri che vengono poste le basi per le tecnologie del futuro.

Per parlare del ruolo e dell'importanza di un centro di ricerca come il CERN, dunque, siamo in compagnia di Vittorio Bencini, ricercatore nell'ambito della fisica degli acceleratori presso il CERN.

Benvenuto Vittorio.

Grazie Davide, buongiorno.

Partiamo ovviamente dall'inizio, e quindi raccontaci che cos'è il CERN e quali sono i campi di ricerca attualmente studiati.

Il CERN, innanzitutto l'acronimo di fatto anche se è leggermente diverso, sta per Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare, e giusto un minimo di storia è stato fondato nel 1954, per fare fronte a una problematica abbastanza chiara dopo la guerra, ovvero che la fisica del tempo richiedeva strumenti e tecnologie che le singole nazioni non erano in grado di potersi permettere, diciamo, cioè che i singoli laboratori nazionali non potevano permettersi.

Quindi il CERN nasce con l'idea di unire gli sforzi per costruire queste tecnologie in modo da poter far progredire la fisica delle particelle.

Il CERN è di fatto un complesso di acceleratori di particelle, un'acceleratore di particelle è una macchina che, come dice il nome, permette di aumentare l'energia di particelle fondamentali come possono essere protoni, portarle ad energie più alte e farle collidere o tra loro o contro dei bersagli fissi.

Lo scopo finale dipende, nel senso, attraverso lo studio di queste collisioni esistono dei detector, dei rilevatori di particelle di varia natura, di vario tipo, che permettono di studiare diversi fenomeni.

Per la maggior parte sono nel campo della fisica delle particelle, avete sicuramente sentito parlare del bosone di Higgs, che è la scoperta, diciamo, forse più importante degli ultimi ormai 15 anni, che è stata l'ultimo tassello del modello standard, ma ci sono tantissimi altri esperimenti, in tutto sono quattro principali, ma ce ne sono quaranta di taglia media, addirittura duecento, che girano di anno in anno nelle linee, diciamo, secondarie del complesso degli acceleratori.

Gli ambiti di ricerca variano, appunto, dalla fisica delle particelle allo studio della materia oscura, fisica nucleare, la produzione di isotopi radiattivi o studio di astroparticelle e ovviamente c'è tutta una parte invece di applicazioni, diciamo, più industriali che andremo a vedere poi in seguito.

Ok, quindi per studiare queste collisioni tra le particelle vengono impiegate tante tecnologie diverse ed è per quello anche che siamo qui oggi, cioè per fare un focus su queste tecnologie.

Quindi ci racconti, appunto, quali sono queste tecnologie che vengono impiegate, anche le più innovative e quali discipline coinvolgono.

Certo, come hai detto giustamente, vista la complessità di questi sistemi, di questi esperimenti degli acceleratori, veramente le tecnologie coinvolte sono moltissime.

Un acceleratore di fatto è una macchina che come struttura richiede l'utilizzo di vari sottosistemi e quelli più importanti al CERN, nell'ultima macchina costruita, è la Large Hadron Collider, sono i magneti.

I magneti servono per piegare la traiettoria delle particelle e uno dei primati del CERN è stato quello di produrre dei magneti con il campo magnetico più alto mai prodotto per questo scopo.

E questo è un esempio ovviamente dei magneti, questo tipo di tecnologia ovviamente coinvolge un sacco di sottodiscipline che sono dalla costruzione dei magneti stessi, alla superconduttività che è un campo di ricerca molto specifico ovviamente, ma con applicazioni poi vedremo anche il mondo dell'industria,

la meccanica, la capacità di costruire, di disegnare strutture meccaniche di altissimo livello che abbiano delle tolleranze, degli spostamenti minimi, la cryogenia per mantenere questi materiali superconduttivi, alla temperatura quasi dello zero assoluto, cioè si parla di 1.9 Kelvin, cioè 1.9 gradi sopra lo zero assoluto, che è una cosa incredibile per pensarci.

E tutto questo con un'altra serie di sistemi come generatori di potenza di altissima precisione, vuoto ultraspinto che è un altro campo in cui si arriva veramente a un vuoto che è di qualità quasi superiace anche lì praticamente al vuoto assoluto, elettronica, meccanica e ovviamente questa è la parte solamente di sviluppo puramente ingegneristico.

Insieme a tutto questo ovviamente c'è un'enorme parte dedicata allo sviluppo di quelli che sono i metodi poi per la raccolta dei dati dei vari esperimenti, l'elaborazione e lo stoccaggio dei dati e poi l'analisi e qui si entra più nel discorso di quello che è Big Data e intelligenza artificiale.

Esatto e a proposito di questo sono delle tecnologie innovative di cui sentiamo spesso parlare anche in altri campi e proprio per questo ci incuriosiva capire che ruolo ha al CERN l'intelligenza artificiale e l'analisi dei Big Data.

Sì, io direi che separerei un po i due aspetti della risposta tra l'analisi dei Big Data e l'intelligenza artificiale.

L'analisi dei Big Data è quello che definirei un core business del CERN nel senso che come dicevamo prima all'interno di un acceleratore, del Large Hadron Collider per esempio, le particelle collidono qualcosa come 40 milioni di volte al secondo.

Quindi ognuna delle collisioni produce degli eventi, questi eventi devono essere registrati, analizzati in un primo momento in diretta online, bisogna separare quelli che sono interessanti e poi ovviamente devono essere in tempi molto brevi mandati in dei centri di stoccaggio dove vengono ottenuti e poi in un secondo momento analizzati.

Si parla di scale di grandezza dei Peta o Exabytes di dati, quindi sono quantità gigantesca e infatti sia nella parte di processamento dei dati che nella parte di stoccaggio di CERN assolutamente all'avanguardia è stata una ricetta più attivi nello sviluppo delle tecnologie che oggi conosciamo come Big Data, utilizzando per lo più metodi che sono stati sviluppati all'interno del CERN, quindi non appoggiandosi a provider esterni.

Sì è interessante questo aspetto perché non si tratta solo di far collidere queste particelle ma l'obiettivo poi è poter studiare queste collisioni, come dicevi, le quantità di dati che vengono registrate sono immense.

Esatto, esatto, quindi è fondamentale essere in grado di avere un sistema che sia veramente capace di gestire il dato dalla produzione fino alla fase finale di stoccaggio che poi viene una volta stoccato viene utilizzato per l'analisi.

Ok hai detto che aveva senso dividere la questione del Big Data e intelligenza artificiale, quindi per l'intelligenza artificiale che ruolo ha il CERN?

L'intelligenza artificiale diciamo che ha cominciato come in tutto il mondo a prendere piede anche al CERN negli ultimi 10-15 anni via in maniera più massiccia e anche lì viene utilizzata in diversi ambiti. Per esempio nel mio ambito diretto di lavoro nella gestione dei fasci di particelle all'interno degli acceleratori del complesso dove è molto

importante essere in grado di manipolare e controllare questi fasci di particelle in modo tale che abbiano le proprietà richieste dagli esperimenti viene utilizzata un moltissima intelligenza artificiale per ridurre i tempi diciamo per esempio e automatizzare quella che è la ricerca di questi parametri ottimali, questo è solamente un esempio ovviamente.

Anche all'interno invece dei detector nella parte di analisi di questi famosi eventi ultimamente avevo seguito uno o due seminari c'è molto lavoro anche in quell'ambito per ridurre quello che è il carico di lavoro dell'analisi di dati come abbiamo detto questi dati sono moltissimi per ridurre il carico di lavoro e il costo computazionale di questa analisi utilizzando dei modelli di intelligenza artificiale e velocizzando l'analisi.

Inoltre c'è tutto un campo che è ancora un pochino più di avanguardia che è quello di cercare di insegnare a modelli di intelligenza artificiale a… nel caso scoprire nuovi eventi o essere in grado autonomamente di capire cosa rappresenta dal punto di vista fisico un evento magari anche quando non è stato specificamente trainato per fare questo.

Poi ovviamente nel dettaglio le applicazioni sono molteplici ma dire che nell'operazione degli acceleratori e nei detector sono le due che mi vengono in mente adesso diciamo le due più prominenti e su cui ho visto più avanzamento.

La simulazione invece cioè il creare delle simulazioni appunto di collisioni di particelle in un momento antecedente può avere un senso?

La simulazione è per noi intendo per tutti gli ambiti di ricerca al CERN dall'ingegneria alla fisica delle particelle alla fisica degli acceleratori è lo strumento fondamentale, è la base di tutto sulla simulazione si basa il disegno meccanico si basa le previsioni e la definizione di specifiche tecniche,

si basa la previsione di come tutti i sistemi si comporteranno quindi ogni volta che si costruisce un componente o un nuovo acceleratore, una nuova linea di trasporto un nuovo detector tutti i dettagli e le specifiche della costruzione, sono basate sulle simulazioni simulare di fatto appunto significa cercare di riprodurre avendo una conoscenza di un fenomeno fisico, cercare di riprodurre vedere cosa succederebbe in un determinato scenario e a quel punto di scegliere lo scenario che si sta cercando, ottimizzare per arrivare al risultato e costruire il sistema di conseguenza.

Si permette magari anche di prevenire errori?

Si esatto quindi se le simulazioni corrispondono alla realtà esatto ovviamente è un nostro momento fondamentale per prevenire errori per prevedere sostanzialmente quello che succederà. Ci sono sempre molto spesso alcune differenze ma in generale giustamente poi nel disegnare componenti e acceleratori si mantiene un margine d'errore che è fatto apposta per fare il modo di compensare per questi errori o comunque di tenere a conto dei possibili errori.

E un'ultima tecnologia anche questa innovativa che dalle tue parole mi viene da chiederti appunto se utilizzate è il digital twin è una tecnologia che viene applicata?

Si allora di solito in alcuni campi di ricerca il digital twin nel senso di ricreare fondamentalmente un doppio digitale basato sull'intelligenza artificiale di solito di un sistema complesso anche questa tecnologia si sta cominciando a vedere in molti ambiti sia nella riprodurre per esempio quella che è la fisica degli acceleratori cioè negli anelli circolari o nel disegno di componenti molto complesse, in cui si fanno delle simulazioni del componente simulazioni ai elementi finiti sono simulazioni 3d e poi si usano neural network intelligenza artificiale basata su queste simulazioni per riprodurre

gli stessi risultati e questo permette di guadagnare moltissimo tempo quando poi si vanno a risolvere se vogliono esplorare nuovi scenari e fare simulazioni che magari anche non sono state fatte prima ed è ovviamente uno strumento molto potente quando si hanno simulazioni che prendono molto tempo, perché permette sul lungo periodo di risparmiare molto tempo.

Quindi si comincia anche al CERN ad utilizzare questo tipo di tecnologie, anche lì come sempre in maniera molto distribuita su molti sistemi, è molto orizzontale come tecnologia e come interesse.

Quando si parla di spazio e di esplorazione spaziale, un tema che emerge spesso è cercare di riportare sulla terra delle innovazioni tecnologiche che l'esplorazione spaziale ha reso possibile anche qui sulla terra.

Si può fare un parallelismo con quello che fate, con la ricerca che fate al CERN, cioè quali sono le tecnologie che comunemente utilizziamo che sono nate e si sono sviluppate al CERN e appunto ci fai degli esempi specifici.

Certo, la prima che diciamo è il cavallo di battaglia che usiamo sempre, è ovviamente quello del web, il web come struttura è stata sviluppata al CERN, mi sembra negli anni ‘70 e poi col tempo è stata, ovviamente noi tutti sappiamo, adottata in maniera globale e all'inizio figurarsi che era stata utilizzata come sistema di condivisione di file, molto semplicemente, era un sistema, un server per la condivisione di documenti all'interno dell'istituto.

Questo è solo un esempio, ma un esempio che a me, ce ne sono molti, ho preso una lista addirittura del sito del Knowledge Transfer del CERN, quello che a me è più caro sono le applicazioni medicali, quello su cui ho fatto il dottorato è stato lo sviluppo di acceleratori di particelle per quello che si chiama adroterapia, che significa utilizzare fasci protoni

o ioni carbonio come proiettili per la cura del cancro, per il trattamento dei tumori e questo c'è stato moltissimo lavoro, figurarsi che dal lavoro pionieristico negli anni ‘80 del CERN in collaborazione con la fondazione Thea, che era un altro istituto sempre basato al CERN, sono stati disegnati l'acceleratore che oggi è installato nel Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica (CNAO) a Pavia, e sullo stesso disegno si basa il disegno di MedAustron, che è un altro centro in Austria per questo tipo di trattamento.

In questo momento molto più attuale, diciamo, c'è stato un accordo con un ospedale svizzero per l'utilizzo di un'altra tecnologia che invece che utilizzare protoni utilizza elettroni per sviluppare un macchinario per fare quella che si chiama Flash Therapy, quindi che è un tipo di terapia molto all'avanguardia

e molti altri, l'altra che mi viene in mente è la superconduttività, abbiamo detto prima che l'applicazione è molto specifica per i magneti, ma c'è molto lavoro nello sviluppo di quelle che si chiamano superconduttori ad alta temperatura che potrebbero in realtà cambiare completamente la faccia e il modo di trasportare l'energia, perché un superconduttore

è un materiale che permette di trasportare corrente senza esistenza, quindi diciamo senza scaldare, senza perdere energia, e se si trovasse un modo di fare questo a temperature ragionevolmente alte, quindi più vicine possibile alla temperatura ambiente, qui siamo noi, potrebbe essere veramente un passo avanti gigantesco nell'industria del trasporto di corrente d'energia e alta, come dicevamo Machine Learning, c'è stata una collaborazione con una società per macchine autoguidanti e un'altra molto famosa si chiama Timepix, che è un elemento

elettronico che è parto che adesso è parte della missione Artemis One della NASA, quindi veramente che più ne ha che più ne metta se possiamo dire, ci sono moltissime applicazioni e in più, detto questo, queste sono quelle che sono le applicazioni dirette, bisogna però sempre ricordarsi che quando si fa

ricerca in fisica, a un certo punto, 20-30 anni dopo, anche le scoperte che si fanno di fisica di base hanno un impatto molto spesso enorme dal punto di vista tecnologico qualche decina d'anni dopo, come è stato l'esempio della fisica quantistica sull'elettronica che poi ha preso piede negli anni negli anni successivi e che oggi ha la base della rivoluzione industriale che viviamo.

Stessa cosa per la produzione di potenza col nucleare.

La fisica nucleare degli anni 40, Fermi, è stata il fondamento poi per riuscire a costruire i reattori nucleari che oggi sono un elemento fondamentale per la produzione di potenza.

E hai parlato di collaborazione con aziende, ma un altro aspetto interessante è la collaborazione tra centri di ricerca a livello internazionale. Quanto è importante anche per un centro di ricerca grande come il CERN collaborare con la comunità scientifica internazionale?

È fondamentale, questo in generale nel mondo della ricerca scientifica si basa sulle spalle dei giganti, cioè ogni scoperta, ogni avanzamento che si fa è sempre basata sul lavoro precedente di qualcun altro o sul lavoro di colleghi, quindi è un punto fermo e fondamentale di tutto l'avanzamento scientifico, quello di essere aperti alla collaborazione, di collaborare sempre con gli istituti e università.

In particolare il CERN è importante dire che al CERN ci sono persone, collaboratori, ricercatori che vengono da tutto il mondo.

Il CERN ospita persone che sono parte di collaborazione degli esperimenti che magari sono installati al CERN per un anno o in maniera permanente, quindi vengono, sono già di per sé molto spesso collaborazioni internazionali e vengono a Ginevra in cui entrano in contatto con altri colleghi, altre collaborazioni ed è a partire da questo spirito di comunità

che secondo me poi si è in grado di progredire in maniera efficace nella ricerca scientifica e c'è un esempio veramente unico ed è anche un'esperienza molto particolare da vivere quando si lavora lì, perché si lavora con colleghi che veramente hanno background differenti, vengono da tutte le parti del mondo e hanno magari approcci e visioni diverse ai problemi e è fantastico, è veramente molto stimolante.

Anzi sicuramente accelerale alla ricerca in generale.

Esatto, penso che non sarebbe possibile se i ricercatori rimanessero da soli chiusi nel proprio ufficio, nella propria cantina, non lo so, non riuscirebbero sicuramente… la scienza in generale ne perderebbe moltissimo se non riuscirebbero a progredire.

Parlando in chiusura di futuro, quali sono appunto le prospettive future per lo sviluppo e l'utilizzo delle tecnologie al CERN e ci sono nuove aree di ricerca o tecnologie emergenti che stanno ricevendo particolari attenzioni?

Per quanto riguarda il futuro del CERN in generale, diciamo che questo è un momento molto importante perché è stata proposta la costruzione di un nuovo acceleratore che si chiama Future Circular Collider, che è una macchina che l'LHC, l'acceleratore di adesso, il più grande, è lungo 27 km, questo FCC sarà una macchina che, se si costruirà, è una macchina che dovrebbe essere lunga 100 km, quindi si parla veramente di un gigantesco passo avanti e di un enorme sfida tecnologica.

Quindi già adesso i ricercatori del CERN di altre collaborazioni, di varie collaborazioni università in tutto il mondo, stanno facendo studi di fattibilità sia dal punto di vista delle integrazioni di diverse tecnologie che proprio sui differenti sistemi.

Riusciamo a costruire dei magneti superconduttori in grado, già che siano adeguate a questo tipo di macchina, siamo in grado di garantire un livello di stabilità della costruzione su tunnel di 100 km, quindi questo secondo me al momento dal punto di vista tecnologico è la sfida più grande per il CERN e una delle tecnologie che adesso ho cominciato a vedere invece sempre di più, se

ne parla, se ne sente parlare e c'è molto fermento al CERN è il quantum computing, c'è un gruppo di lavoro al CERN che si sta cominciando… è ormai da un po che si occupa di questo e penso che anche in questo campo ci sarà molto fermento e si può dire che ne vedremo delle belle, nel senso che c'è molto lavoro in corso e adesso si sa che è un tema caldissimo.

Che utilizzo potrebbe avere il quantum computing al CERN?

È un'ottima domanda a cui è molto difficile rispondere perché è uno dei punti fondamentali a cercare ancora di capire quali sono le possibili applicazioni, perché ha un modo di fare i conti che non è convenzionale e quindi è uno strano tema in cui bisogna… basato su quello che sia, bisogna trovare dei modi per…

È una tecnologia che ha un grande potenziale bisogna capire come sfruttarla.

Esattamente, sicuramente se si riuscissero a trovare dei modi per utilizzarla di nuovo, per analizzare dati o fare simulazioni sarebbe una cosa straordinaria perché permetterebbe di fare simulazioni che normalmente richiederebbero in realtà anni in tempo computazionale, GPU time o GPU time, anche che diventerebbero anni in secondi.

Il punto che non essendo un computer convenzionale bisogna veramente trovare dei modi per utilizzarlo, cioè dei problemi che siano adatti per essere risolti da questo tipo di tecnologia.

Va bene, allora grazie Vittorio per averci raccontato quanto è importante appunto il CERN e che ruolo ha la tecnologia al suo interno.

Alla prossima.

Grazie a voi, alla prossima.

E così si conclude questa puntata di INSiDER - Dentro la Tecnologia.

Io ringrazio come sempre la redazione e in special modo Matteo Gallo e Luca Martinelli che ogni sabato mattina ci permettono di pubblicare un nuovo episodio.

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Noi ci sentiamo la settimana prossima.