Linea diretta con l’universo

Cosa tiene insieme il nostro universo? I ricercatori del CERN cercano le risposte alle grandi domande della fisica. Le macchine per l’erosione a filo di GF Machining Solutions li aiutano in questa sfida.

Said Atieh ha trovato il lavoro dei suoi sogni. “Mi muovo in un campo che è multiculturale e multidisciplinare”, afferma contento questo ingegnere meccanico. “Qui al CERN ci sono molti scienziati e tutti i colleghi lavorano costantemente al limite del possibile. Qui abbiamo raccolto un mix unico di persone, culture e discipline. La somma dei loro sforzi porta risultati eccellenti”.

Il CERN in cifre

Stati partecipano oggi al più grande centro di ricerca per la fisica delle particelle. Il budget annuale per la ricerca ammonta a 1,2 Mrd CHF.

collaboratori sono assunti presso il CERN.

magneti accelerano le particelle nell’LHC portandole quasi alla velocità della luce.

scienziati da ogni parte del mondo partecipano ai diversi progetti di ricerca del CERN.

Atieh lavora per l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare a Meyrin, vicino Ginevra (Svizzera), meglio conosciuta come CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Dalla sua fondazione, nel 1954, gli scienziati del più grande centro di ricerca per la fisica delle particelle cercano delle risposte alle principali domande della fisica: di che cosa è composta la materia? Quali forze la tengono insieme? Che cosa è successo subito dopo il big bang?

Per trovare risposte a queste domande, i ricercatori del CERN azionano potenti acceleratori di particelle che gli consentono di comprendere meglio la natura della materia e le forze dell’universo. Molte delle rivoluzioni scientifiche degli ultimi decenni sono avvenute grazie a impianti complessi. Nel 2012, gli scienziati hanno celebrato una scoperta spettacolare: per la prima volta sono riuscite a dimostrare l’esistenza della particella di Dio (bosone di Higgs) che conferisce una massa a tutte le cose dell’universo.

Dal 1980 il CERN collabora con GF Machining Solutions. Il motto secondo il quale operano è: pensare e progettare orientandosi alle soluzioni. Qui vediamo al lavoro: il team del laboratorio principale del CERN intorno a Said Atieh (2° da sx.) con Patrick Debonneville, Sales Engineer di GF Machining Solutions (dx.).

Più freddo che nello spazio

Dal 2010, gli scienziati del CERN hanno messo in funzione il Large Hadron Collider (LHC), il più grande acceleratore di particelle del mondo. Si trova in le un tunnel circolare con una circonferenza di 27 chilometri e arriva fino a 100 metri di profondità, sia in territorio svizzero che francese. L’LHC vanta alcune caratteristiche uniche: una di queste è che all’interno dei magneti, che tengono le particelle sulla loro orbita, c’è una temperatura di -271 °C: una temperatura inferiore a quella dell’universo. La costruzione e il funzionamento di un impianto come quello dell’LHC richiedono le macchine e i materiali migliori disponibili sul mercato e ingegneri e tecnici creativi. Ed è qui che entra in gioco Said Atieh: dirige il laboratorio principale del CERN con 50 collaboratori, dove vengono creati i prototipi per i nuovi componenti dell’LHC.

I ricercatori del CERN cercano le risposte degli scienziati alle grandi domande della fisica. In questo li aiutano i più grandi acceleratori di particelle del mondo e altre macchine. Il video ne mostra immagini impressionanti.

Veloce e preciso

Non c’è da stupirsi che il CERN sia un cliente molto speciale per GF Machining Solutions. “Dato che i tecnici e gli scienziati qui lavorano sempre al limite, hanno anche bisogno di macchine che siano all’avanguardia da un punto di vista tecnologico”, afferma Patrick Debonneville, da 41 anni presso GF Machining Solutions e dal 1995 Sales Engineer per il settore Electrical Discharge Machining (EDM).

Il CERN collabora con GF Machining Solutions già dal 1980: All’epoca il centro di ricerca aveva comprato la prima macchina per l’erosione a filo. Nel 1998 è seguito un nuovo modello. Quando la macchina ha raggiunto la fine della sua vita utile, nel 2018 Patrick Debonneville ha supportato Said Aiteh nell’acquisto di una nuova macchina di tipo CUT P 800. È stata necessaria molta pazienza per trovare una risposta a ciascuna domanda, tecnologica ed economica.

All’interno della macchina, un filo sottilissimo e il pezzo da lavorare vengono attraversati da scintille elettriche per ben 600.000 al secondo, raggiungendo una temperatura di circa 15.000 °C. “In questo modo, è possibile tagliare i metalli in modo molto più preciso rispetto a una macchina fresatrice”, spiega Debonneville.

Un collaboratore del Cern controlla le impostazioni della CUT P 800. La macchina per l’erosione a filo taglia i metalli con una precisione superiore rispetto a una fresatrice.

I ricercatori del CERN tentano di ricreare condizioni più simili possibile a quelle dello spazio. A tale scopo, utilizzano gli acceleratori di particelle per il cui funzionamento hanno bisogno di componenti di precisione.

Materiali “esotici”

Nel CERN spesso i tecnici del laboratorio lavorano con materiali “esotici”. Tra questi c’è il metallo niobio, un ottimo conduttore, che è necessario per la creazione di grandi campi magnetici. “Abbiamo bisogno di nuovi componenti in niobio per rendere l’LHC ancora più potente in futuro e per costruire acceleratori di particelle completamente nuovi”, spiega Atieh. “Dobbiamo produrre componenti di altissima precisione, come ad esempio le cavità risonanti per l’ampliamento dell’LHC: un compito perfetto per le macchine di erosione a filo”.

Tuttavia sono state necessarie alcune modifiche tecniche. D’altronde, quasi tutti gli altri clienti di GF lavorano con materiali più comuni come acciaio, alluminio o titanio. A causa del comportamento del niobio durante la sua lavorazione, gli specialisti di GF Machining Solutions hanno dovuto adeguare alcune caratteristiche della macchina come la tensione del filo oppure la frequenza della tensione per poter soddisfare i bisogni specifici del CERN. Per due anni, Said Atieh e Patrick Debonneville si sono confrontati su requisiti e proposte risolutive. Nel marzo 2021 eravamo finalmente pronti: la nuova CUT P 800 è stata consegnata al laboratorio principale del CERN. Svolgerà qui il suo lavoro per i prossimi 20 anni aiutando gli scienziati a rispondere ai grandi quesiti della fisica.

Premi Nobel

1984: i ricercatori del CERN Carlo Rubbia e Simon van der Meer ottengono il premio Nobel per la fisica grazie alla loro scoperta dei bosoni W e Z.
1992: Georges Charpak ottiene il premio Nobel per la fisica per lo sviluppo dei rilevatori di particelle.

Il vuoto massimo

Il sottovuoto all’interno dell’LHC riproduce il vuoto nello spazio. Questo ambiente di prova garantisce che le particelle in circolazione si scontrino solo con le loro simili e non con le molecole dell’aria. Dietro c’è un grande lavoro di preparazione: ci vogliono circa due settimane prima che delle pompe speciali rimuovano la maggiore quantità di aria possibile.

CUT P 800: La macchina per l’erosione a filo riconosce automaticamente il materiale utilizzato, imposta i parametri corrispondenti e offre la massima precisione.

Per creare i campi magnetici all’interno dell’acceleratore di particelle, i ricercatori del CERN utilizzano il niobio. Questo raro metallo pesante ha un elevato valore di conducibilità.

Per l’ampliamento dell’acceleratore di particelle, il CERN deve produrre componenti di precisione, come ad esempio le cavità risonanti. Si tratta del compito perfetto per le macchine per l’erosione a filo.

Patrick Debonneville, Sales Engineer nel settore Electrical Discharge Machining (EDM)presso GF Machining Solutions (dx), parla con due collaboratori del laboratorio principale del CERN.

Con un diametro di 15 metri, una lunghezza di 21 metri e un peso di 14.000 tonnellate, il Compact Muon Solenoid è il rilevatore più pesante mai montato su un acceleratore di particelle.

“Ci conosciamo già da tempo e ci fidiamo l’uno dell’altro”.

Said Atieh è a capo del laboratorio principale del CERN a Meyrin, vicino Ginevra. L’ingegnere meccanico ci racconta le sue mansioni presso il Centro di ricerca europeo e la sua lunga collaborazione con GF Machining Solutions.

Said Atieh lavora per l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare a Meyrin, vicino Ginevra (Svizzera).

Che ruolo gioca il suo laboratorio per il CERN?

Facciamo parte del reparto di ingegneria, responsabile della progettazione, della produzione e della verifica della qualità dei nuovi componenti per l’acceleratore o per i rilevatori di particelle. Gli scienziati e i tecnici del CERN si rivolgono a noi con idee per dei prototipi che noi poi costruiamo in base ai loro requisiti. Ciò vanta una lunghissima tradizione: alla fine degli anni Cinquanta, il nostro laboratorio era uno dei primi edifici dell’area del CERN e di questo ne siamo molto orgogliosi.

In che modo GF Machining Solutions La supporta nel suo lavoro?

Abbiamo bisogno di macchine con le quali possiamo garantire la massima precisione durante la lavorazione di alcuni materiali meno convenzionali, come il niobio. Al tempo stesso, le nostre macchine non devono essere dei pezzi unici. Puntiamo a standard industriali, in quanto i nostri prototipi successivamente dovranno essere realizzati in grandi quantità anche dalle aziende che operano negli Stati membri. GF ci offre entrambe le cose: una straordinaria qualità delle macchine e della lavorazione così come un possibile utilizzo nel settore a livello mondiale.

Cosa apprezza della collaborazione?

Per noi, GF Machining Solutions è un partner importante. Ci conosciamo già da tempo e ci fidiamo l’uno dell’altro. Oltre alla qualità dei prodotti apprezziamo anche l’assistenza proattiva e affidabile: se abbiamo bisogno di un supporto, un esperto GF arriva subito in loco. Inoltre, i nostri referenti capiscono esattamente quello di cui abbiamo bisogno. Non è scontato in considerazione dei nostri speciali requisiti.