pietra miliare per la ricerca di punta di Mainz: inaugurato il Centro di Fisica Fondamentale (CFP)

Apertura del Centro per la Fisica Fondamentale (CFP): (da sinistra) il Presidente dell'Università JGU Prof. Dr. Georg Krausch, Prof. Dr. Hartmut Wittig, Coordinatore del Cluster e Direttore di PRISMA+, la Ministra delle Finanze Doris Ahnen, Prof. Dr. Volker Büscher, responsabile delle costruzioni del CFP II, la Rettora dell'Università JGU Dr. Kerstin Burck, Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, responsabile delle costruzioni del CFP I, il Ministro della Scienza Clemens Hoch, Prof. Dr. Matthias Neubert, Coordinatore del Cluster e Direttore di PRISMA+ e l'Amministratore delegato di LBB Holger Basten (Foto: Stefan F. Sämmer)

Con il Centro di Fisica Fondamentale (CFP) l'eccellenza della ricerca del cluster di eccellenza PRISMA+ presso l'Università Johannes Gutenberg di Magonza (JGU) ottiene un'infrastruttura eccellente: l'edificio di laboratorio e uffici di quattro piani (CFP II), con diversi laboratori di ricerca, un capannone di montaggio su due piani e un'area conferenze, costituisce il contraltare sopra terra rispetto all'edificio di ampliamento delle sale sperimentali sotterranee (CFP I), in cui in futuro sarà gestito il nuovo acceleratore di elettroni MESA.

"La realizzazione del Centro di Fisica Fondamentale (CFP) dimostra: l'edilizia universitaria ha un alto valore per il governo regionale. Per l'intera misura CFP, Land e Stato investono circa 105,7 milioni di euro in fondi edilizi e 18,3 milioni di euro per grandi apparecchiature e dotazioni iniziali. Inclusi in questo ci sono fondi federali per la ricerca di circa 30,66 milioni di euro. La costruzione di un nuovo edificio di ricerca, come il CFP, è sempre accompagnata da un processo di pianificazione e costruzione complesso. È necessario soddisfare i più elevati requisiti edilizi per creare condizioni quadro su misura per le esigenze di ricerca avanzata, l'uso di apparecchiature altamente complesse e le diverse unità funzionali dei gruppi di ricerca presso la sede di Magonza", spiega la ministra delle finanze e delle costruzioni Doris Ahnen.

"L'Università Johannes Gutenberg di Magonza è da tempo riconosciuta come un sito di eccellenza di rilievo nazionale e internazionale nei campi della fisica nucleare, delle particelle e degli adroni, nonché nella costruzione di rivelatori e nei settori di ricerca correlati. Il nuovo edificio di ricerca crea condizioni molto favorevoli per continuare lo sviluppo di successo dell'università in questo settore. Nel recente Atlante di finanziamento 2024 della Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), si colloca al primo posto a livello nazionale per il finanziamento nel campo della fisica, a testimonianza del notevole bilancio di prestazioni dell'università di Magonza e dei ricercatori che vi operano", afferma il ministro della scienza Clemens Hoch. Il governo regionale contribuisce creando buone condizioni quadro e strutture per la ricerca di eccellenza, ad esempio attraverso l'iniziativa di ricerca. In questo modo, il Land contribuisce a garantire che l'università sia ben preparata per la competizione internazionale per il personale di eccellenza, i giovani ricercatori e i fondi di finanziamento, conclude il ministro.

Nel 2012, nell'ambito dell'allora iniziativa di eccellenza, è stato approvato il cluster di eccellenza PRISMA ("Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter") e così è stato istituito un nuovo consorzio di ricerca nel campo della fisica delle particelle e degli adroni. Nella successiva fase della strategia di eccellenza, la storia di successo è proseguita, e nel 2019 è stato avviato con PRISMA+ il cluster successore. Quasi 300 ricercatori sono attualmente impegnati nel cluster di eccellenza PRISMA+, tra cui lo studio della materia oscura, di cui finora si può dedurre solo indirettamente, e hanno ottenuto in questo settore negli ultimi dieci anni risultati scientifici eccezionali. "Il nostro cluster di eccellenza ha una storia di sviluppo impressionante", afferma il presidente dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza, Prof. Dr. Georg Krausch. "La combinazione di misurazioni di precisione senza precedenti, partecipazioni di primo piano a esperimenti internazionali di grande portata e calcoli innovativi della fisica teorica ha rafforzato continuamente lo status della JGU come uno dei centri leader mondiali nella fisica delle particelle, dell'astro-particelle e degli adroni. In questo modo, PRISMA+ da oltre dieci anni perfeziona il profilo di ricerca dell'università e rafforza la visibilità e la competitività a livello nazionale e internazionale dell'università nel campo dei finanziamenti, dei ricercatori di punta e dei giovani scienziati. Ringraziamo quindi il Land Renania-Palatinato per il suo investimento e il suo impegno in questo progetto edilizio di grande complessità tecnica, che apre ai nostri ricercatori condizioni di ricerca all'avanguardia."

"Il CFP II ospita anche laboratori specializzati per lo sviluppo di rivelatori, compreso un ambiente sterile e un capannone di montaggio di 400 metri quadrati per la costruzione di grandi componenti di rivelatori", spiega il Prof. Dr. Volker Büscher, professore all'Istituto di Fisica e responsabile della costruzione del CFP II. Il capannone dispone di un impianto di gru e di un ingresso per camion per trasportare le apparecchiature di ricerca verso grandi istituzioni di ricerca come il CERN o anche nella sala sperimentale sotterranea MESA del CFP I. "In entrambi gli edifici troviamo ora condizioni ideali per la ricerca e lo sviluppo", aggiunge il Prof. Dr. Kurt Aulenbacher, professore all'Istituto di Fisica Nucleare, responsabile della costruzione del CFP I e capo del team di progetto per la costruzione del nuovo acceleratore.

Caratteristiche tecniche e strutturali dei diversi edifici del CFP

La sfida nella costruzione delle sale sperimentali sotterranee (CFP I) è stata quella di collegarle senza soluzione di continuità alle sale sperimentali esistenti degli anni '60 a una profondità fino a 11 metri e di adattare le esigenze strutturali per il funzionamento di un acceleratore. Sono stati infissi circa 36 pali di fondazione con un diametro di 1,20 metri, lunghi circa 34 metri, nel terreno, e per la protezione contro le radiazioni è stato gettato in un solo giorno un solaio in calcestruzzo armato spesso 2,5 metri.

Sull'area di 600 metri quadrati è stato infine costruito sopra terra un edificio tecnico a due piani con circa 590 metri quadrati di superficie. Attualmente si sta già costruendo e mettendo in funzione il nuovo innovativo acceleratore di particelle MESA (Mainz Energy-Recovering Superconducting Accelerator). Inoltre, è stato messo a disposizione dell'istituto un nuovo laboratorio con uffici e spazi di soggiorno di 290 metri quadrati e un magazzino di 240 metri quadrati.

Il nuovo edificio di laboratorio e uffici CFP II si integra come complemento all'espansione delle sale sperimentali sotterranee esistenti. Dal punto di vista pianificatorio, si è dovuto inserire il CFP II nello spazio molto limitato tra gli edifici esistenti di fisica nucleare e l'Istituto Helmholtz di Magonza. La nuova costruzione, lunga 56 metri, larga 31 metri e alta 23 metri, sfrutta al massimo lo spazio libero di fronte all'Istituto di Fisica lungo la via Staudinger. I gruppi coinvolti nel cluster di eccellenza PRISMA+ sono ospitati nel quartiere di fisica così completato, nelle immediate vicinanze.

Il CFP II ospita uffici e laboratori specializzati per sei nuovi gruppi di ricerca nei settori della fisica dei neutrini, della fisica delle particelle astrofisiche, della materia oscura, della fisica di precisione a basse energie e della fisica degli acceleratori, nonché il laboratorio di rivelatori PRISMA e per gli scienziati ospiti. Inoltre, comprende una sala conferenze multifunzionale per il Mainz Institute for Theoretical Physics (MITP) e uffici per l'amministrazione del cluster di eccellenza.

Le caratteristiche tecniche e strutturali dei diversi edifici del Centro di Fisica Fondamentale rappresentano sfide particolari per gli ingegneri specializzati del Landesbetrieb LBB e per l'ufficio di pianificazione generale DGI Bauwerk (Berlino), incaricato dal Land, che ha agito come pianificatore generale. Come impresa esecutrice, sono state attive le aziende Leonhard Weiss (Langen) e Lindner (Arnstorf).

"Molti progetti del Landesbetrieb LBB non sono edifici 'standard', ma costruzioni specializzate di alta complessità come il CFP", afferma Holger Basten, amministratore delegato del Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung (Landesbetrieb LBB). "La combinazione di ampliamento dei bunker di ricerca a prova di radiazioni con un nuovo edificio tecnico sopra terra e un nuovo laboratorio e edificio amministrativo in uno spazio molto limitato è stata una grande sfida. Inizialmente, i ricercatori dell'JGU e del LBB hanno dovuto definire con precisione le esigenze. Nella fase di pianificazione e realizzazione, abbiamo collaborato con partner specializzati nel settore della pianificazione e costruzione, di cui sul mercato ce ne sono pochi con le competenze adeguate. Il mio ringraziamento per il loro enorme e cooperativo impegno va a tutti i soggetti coinvolti, sia all'JGU e al team di progetto della filiale di Magonza del LBB, sia al pianificatore generale e a tutte le aziende esecutrici."

Ricerca di punta a Magonza – il cluster di eccellenza PRISMA+

Il cluster di eccellenza PRISMA+ si occupa delle componenti fondamentali della materia e delle forze che agiscono tra di esse. Tutto ciò descrive il modello standard della fisica delle particelle con precisione impressionante – eppure lascia alcune domande fondamentali senza risposta: Perché, dopo il Big Bang, materia e antimateria non si sono completamente annientate? Di cosa è fatta la materia oscura invisibile, che costituisce oltre l'80% della massa dell'universo? Qual è il ruolo dei neutrini misteriosi nell'universo primordiale? La ricerca di questa "nuova fisica" oltre il modello standard è il tema principale di PRISMA+.

Tra i successi scientifici degli ultimi dieci anni si annoverano la partecipazione alla scoperta del bosone di Higgs e alla misurazione della massa del bosone W con il rivelatore ATLAS al CERN, la prova di un neutrino proveniente da una galassia distante tre miliardi di anni luce con l'esperimento IceCube al Polo Sud, la misurazione estremamente precisa del magnetismo del muone al Fermilab americano, che fornisce indizi di una nuova fisica, e l'espansione continua dell'esperimento XENON, il rivelatore più sensibile al mondo alla ricerca della materia oscura, nelle Alpi italiane del Gran Sasso.