Vista di Harwell campus (credit: Science and Technology Facilities Council).

Il ‘ Campus’ di Harwell, a circa 20 km da Oxford, ospita circa 200 organizzazioni, 6000+ scienziati, tecnici ed innovatori. Vede 30 università e diversi centri di ricerca sviluppare ed utilizzare gli strumenti messi a disposizione, e lavorare con compagnie private all’avanguardia per contribuire a risolvere i problemi complessi di oggi, ed accelerare l’applicazione di ricerca fondamentale.

Uno dei suoi laboratori più importanti è ‘ISIS Neutron and Muon Source’ (https://www.isis.stfc.ac.uk/Pages/About.aspx). Gestito da ‘Science and Technology Facilities Council’, da’ la possibilità di risolvere problemi nel settore aerospaziale, dell’elettronica, della chimica, della medicina e dell’agricoltura.  

ISIS produce fasci di muoni (particelle sub-atomiche con una massa di circa 200 volte quella di un elettrone) e neutroni, che permettono agli scienziati di indagare la struttura atomica di materiali e membrane. In sostanza, ISIS agisce come un potente super-microscopio, che irradia i campioni studiati con fasci di particelle di diversa massa ed energia, e quindi permette di indagare la struttura atomica e sub-atomica.

Molti scienziati italiani lavorano sul posto, altri lavorano ad università che interagiscono con ISIS (ad esempio, i fisici dell’Università di Oxford hanno disegnato alcuni degli strumenti di ISIS), hanno dato contributi fondamentali alla progettazione e realizzazioni di alcuni dei rivelatori e degli strumenti di ISIS. Inoltre, gruppi di ricerca, tra cui gruppi italiani (ad esempio del CNR e dell’Università Tor Vergata di Roma), hanno accesso agli strumenti istallati all’interno di ISIS: posso sottomettere proposte di ricerca, a patto che se sono selezionate, garantiscano libero accesso ai risultati delle loro ricerche.

Un esempio di applicazione di ISIS è nello sviluppo di batterie alternative a quelle agli ioni di litio utilizzate prevalentemente oggi nella mobilità elettrica. Il litio, come sappiamo, ha problemi di approvvigionamento, e se si riuscisse a realizzare batterie con comportamenti simili a quelle di litio ma con sostanze diverse, si potrebbe accelerare il percorso verso la de-carbonizzazione, e l’elettrificazione del trasporto. ISIS permette di investigare e comparare il comportamento di batterie a ioni di litio con quelle a ioni di sodio, per capire se queste ultime potrebbero sostituire le prime. Data l’abbondanza del sodio, se si riuscisse a rimpiazzare il litio con il sodio, si riuscirebbe a produrre batterie con costi più bassi, ed in maniera molto più sostenibile. I fasci di muoni e neutroni di ISIS possono aiutare a capire la struttura atomica ed il comportamento di queste nuove batterie durante processi di carica e scarica. Queste indagini sono fondamentali per sviluppare nuovi materiali, e quindi aiutarci a risolvere il problema dell’accumulo di energia. 

Una seconda applicazione è nello sviluppo di antibiotici. Irradiando composti con fasci di neutroni, si possono identificare i dettagli nano-metrici della sua struttura, e quindi capire il ruolo della topografia (per esempio di ‘arpioni’ presenti sulla superficie) dei virus, ed individuare come meglio neutralizzarlo. Di fatto, durante la pandemia COVID, fasci di neutroni di ISIS sono stati utilizzati per identificare la struttura del virus, e quindi comprendere il ruolo che gli ‘arpioni’ (‘spikes’) del virus hanno nel legare il virus ai recettori delle cellule attaccate. Ricerche di questo tipo sono state fondamentali per comprondere il comportamento del virus, ed identificare vaccini e cure. 

Questi sono solo due esempi delle applicazioni di ISIS. ISIS contribuisce a molte altre ricerche. Inoltre, Harwell Campus non ha solo ISIS, ma ospita altri strumenti e centri di ricerca unici al mondo ed all’avanguardia. 

Ad esempio, ospita un laboratorio per lo sviluppo di lasers, il ‘Central Laser Facility’ (https://www.clf.stfc.ac.uk/Pages/home.aspx), ed il sincrotrone ‘Diamond’ (https://www.diamond.ac.uk/Home.html). CLF è coinvolto in studi sulla fusione nucleare ‘inerziale’, che cerca di generare energia comprimendo delle piccole sfere che contengono deuterio e trizio con potenti raggi lasers. Sul sito si trovano anche gli uffici di European Space Agency (ESA), ed Rosalind Franklin Institute (https://www.rfi.ac.uk), un centro di ricerca dedicato allo sviluppo di nuove tecnologie per affrontare problemi di salute. 

Nei prossimi anni, Harwell Campus continuerà la sua espansione, e vedrà il potenziamento del suo centro di super-calcolo ed archivio dati, e la nascita di un nuovo centro di ricerca su computer quantistici. Inoltre, a breve sarà completato un nuovo centro di ricerca sui lasers, e si prevede un ampliamento ed una modernizzazione sia di ‘Diamond’ che di ‘ISIS’.

La combinazione di pionieri ed esperti, teorici ed ingegneri, rende Harwell un centro unico al mondo, sia per i temi di ricerca studiati, che per la qualita' della ricerca, e il numero di scienziati e di strumenti. La presenza nel campus di centri di ricerca all’avanguardia, di start-ups, scale-ups e compagnie mature (quali IBM, Rolls Royce, Thales Alenia Space, Siemens), accelera l’innovazione, e il trasferimento dei risultati di ricerche fondamentali in applicazioni. Accelera inoltre il ritorno degli investimenti in ricerca. L’essere fisicamente ‘vicini’ di persone che lavorano in centri ed istituti diversi ha da sempre favorito lo scambio di idee, di tecnologia e metodologie di studio. Post-covid, i diversi laboratori si aspettano che la grande maggioranza delle persone tornino a lavorare in presenza nelle prossime settimane, per tornare a beneficiare dell'ecologia del campus. 

Tre sono i messaggi che vorrei passare alla comunità italiana da questa visita a Harwell campus. 

Il primo è che è fondamentale mantenere, e rafforzare, rapporti di collaborazioni con centri quali quelli che operano a Harwell Campus. Questi rapporti esistono, anche grazie al contributo fondamentale che fisici italiani che lavoro in UK (ad esempio a Oxford University) hanno dato nello sviluppo dei vari laboratori, ma vanno rinforzati anche dopo Brexit. E' nell'interesse di tutta la comunita' scientifica mantenere forti rapporti di collaborazione ed inter-scambio.

Il secondo messaggio è che è essenziale investire sia in ricerca fondamentale che nello sviluppo di applicazioni. Harwell dimostra come la sinergia tra le due permetta ricerca all’avanguardia ed innovazione, essenziali per il futuro. Con pochi investimenti nella prima, si compromette la seconda.

Il terzo messaggio è che l’Italia dovrebbe seguire l’esempio di Harwell, e sviluppare ‘campus’ di ricerca multi-disciplinare in grado di attrarre sia investimenti pubblici per la realizzazione di centri di ricerca, che investimenti da compagnie private interessate sia a contribuire allo sviluppo tecnico-scientifico dei laboratori di ricerca (ad esempio per la realizzazione di quei materiali e strumenti necessari per realizzare strumenti quali ISIS o Diamond), che a tradurre l’innovazione scientifica in prodotti (penso ad esempio alla ricerca nel campo delle batterie).  

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Roberto Buizza (Addetto Scientifico, Ambasciata d’Italia a Londra) – 26/02/2022

Fonte:

Paese: ITALIA, Regno Unito

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