Il secolo scorso è stato molto prolifico per quanto riguarda le scoperte scientifiche e le conquiste tecnologiche, in particolare nella seconda metà del Novecento. L’uomo ha camminato sulla Luna e ha scoperto e studiato fenomeni nell’infinitamente piccolo (fisica delle particelle, DNA) e nell’infinitamente grande (cosmo). Ingenti quantità di denaro hanno reso possibile placare questa sete di conoscenza; denaro utilizzato per finanziare i programmi di esplorazione spaziale, la costruzione di acceleratori di particelle, telescopi e altri strumenti. La ricerca scientifica non ha certo subito un arresto. Questa, con l’avvento del ventunesimo secolo ha accelerato grazie ai grandi investimenti. Può capitare però di leggere commenti sui social media come: «Se avessero speso quei soldi per la cura del cancro sarebbe stato meglio». Questi commenti si riferiscono al fatto che gli ambiti di queste scoperte vengono ritenuti “meno nobili”.
Ricadute tecnologiche
Sembra che la quantità di denaro che un certo ambito di ricerca debba ricevere, debba essere proporzionato a quanto la gente la reputi “nobile”. Questa presunta nobiltà si misura in relazione a quanto questa ricerca scientifica possa influenzare la vita quotidiana in maniera diretta. Tuttavia sono innumerevoli le ricadute tecnologiche dell’esplorazione spaziale, per esempio: il rivestimento antigraffio per gli occhiali, la tecnologia GPS, la tecnologia wireless, i coagulometri tascabili per monitorare lo stato del proprio sangue, i sensori per le fotocamere digitali e nuovi materiali leggeri e resistenti per protesi.
Il World Wide Web
La costruzione di acceleratori di particelle sempre più potenti e costosi può indurre le persone a pensare che la fisica delle particelle sia inutile a livello quotidiano. Ma non è così. Il World Wide Web (WWW) permette di comunicare ed esprimere liberamente le opinioni, mettendo in comunicazione utenti da tutto il mondo. Il WWW o internet è nato nel 1989. La sua nascita è dovuta alla costruzione del Large Hadron Collider del CERN di Ginevra.
Barners-Lee e Cailliau, due informatici membri del CERN, intendevano produrre a Ginevra un software per la condivisione della documentazione scientifica. Cercavano di migliorare la comunicazione e la cooperazione fra gli scienziati che lavoravano al progetto. Fu così che nacque l’ idea del WWW. Nel 1993 il CERN decise di renderlo di dominio pubblico.
Adroterapia
È doveroso citare le strumentazioni usate in medicina nucleare, sviluppate a partire da acceleratori utilizzati in fisica. Pavia, Trento e Catania sono tre centri di adroterapia di eccellenza, dove si curano i tumori non operabili o che hanno mostrato resistenza ai normali trattamenti radioterapici . L’adroterapia consiste nel bombardare il tessuto malato con particelle specifiche per distruggerlo. Il nome deriva dagli adroni, la famiglia di particelle composte da quark. Infatti, per tale cura si utilizzano protoni che sono costituiti da tre quark.
La fisica in gioco nell’adroterapia
Per colpire in modo efficace il tessuto canceroso è necessario accelerare i protoni e poi collimarli, cioè ridurre l’ampiezza del fascio in cui si trovano per aumentare la precisione. Quando attraversano la materia (come il corpo umano) le particelle vengono rallentante. Esse possiedono un potere penetrante, proprio come un proiettile. Le particelle devono rilasciare tutta la loro energia distruttrice dove è situato il tumore, per preservare il resto del tessuto sano. Calcolare l’energia esatta da fornire alle particelle è fondamentale per la buona riuscita della cura. Questo è possibile grazie alla tecnologia sviluppata a partire dagli acceleratori. I calcoli vengono eseguiti attraverso modelli già utilizzati nella fisica subnucleare. Infatti, il paziente viene colpito da un raggio di particelle “sparato” da acceleratori simili a quelli dei laboratori del CERN di Ginevra o dello SLAC di Stanford, ma di dimensioni ridotte.
Diagnosi dei tumori
Una diagnosi precoce è importantissima. Un tipo di diagnosi è la PET (tomografia a emissione di positroni). Al paziente viene somministrata una soluzione di glucosio modificato chimicamente, al fine della diagnosi. In particolare, viene sostituito un atomo di ossigeno e idrogeno con uno di fluoro (18F). Il numero di protoni nel nucleo distingue un elemento chimico da un altro. A un numero di protoni pari a uno corrisponde l’idrogeno, a due l’elio e a tre il litio. Nel nucleo di un atomo sono presenti anche i neutroni, il cui numero può variare senza influenzare il tipo di elemento. Il 18F (fluoro diciotto) ha nove protoni, ma con una configurazione instabile che lo rende radioattivo. Questo decade, trasformandosi in ossigeno ed emettendo un positrone (un elettrone con carica positiva).
Principi alla base della PET
Tale atomo di 18F si trova legato alla molecola di glucosio trasportata dal sangue nel corpo del paziente. Quando esso decade, emette un positrone. Questo interagirà con uno dei tanti elettroni di un atomo appartenente ai tessuti. Nello scontro, elettrone e positrone si distruggeranno a vicenda liberando due raggi gamma. Le cellule tumorali crescono di numero molto più rapidamente rispetto a quelle sane. Perciò sono più “affamate” di glucosio, in quanto questa molecola è la “benzinaW delle cellule. Quindi i raggi gamma emessi, grazie al decadimento del fluoro, proverranno principalmente dalla zona dove è localizzato il tumore, perché è lì che il glucosio verrà maggiormente metabolizzato.
Origine della tecnologia
In questa modalità di diagnosi sono presenti due tecnologie derivanti dalla ricerca scientifica in tutt’altro ambito. La prima è la produzione artificiale del 18F. Poiché è instabile, esso non si trova in natura. La sintesi avviene direttamente in ospedale. Un acceleratore di particelle in “miniatura” spara protoni sugli atomi di ossigeno dell’acqua (H2O). Questa acqua particolare contiene una grande percentuale di atomi di 18O (ossigeno diciotto, ossia otto protoni e dieci neutroni). Aggiungendo un protone e togliendo un neutrone al 18O si ottiene il 18F. I chimici manipolano la soluzione contente il fluoro radioattivo rapidamente, per legare l’atomo al glucosio. Se ciò non avvenisse, il fluoro decadrebbe prima dell’utilizzo. Successivamente la soluzione viene iniettata al paziente. I medici devono rivelare infine i raggi gamma prodotti per formulare una diagnosi. La rivelazione avviene attraverso un rivelatore al germanio, strumento già sviluppato per la ricerca in fisica delle particelle.
Esiste allora una ricerca “meno nobile”?
Le tecnologie sviluppate grazie alla ricerca scientifica in un determinato ambito possono avere ricadute sulle tecnologie di discipline completamente diverse. Tentare di superare i limiti della conoscenza umana investendo grandi quantità di risorse non è mai un processo fine a sé stesso. Non esiste un ambito di ricerca meno nobile, perché da qualsiasi esperimento può nascere qualcosa di estremamente utile per l’umanità. Il bello della ricerca scientifica è proprio questo. Non importa in cosa gli scienziati si stiano cimentando, ciò che è importante è che essi continuino a soddisfare la loro sete di verità e di conoscenza. Diventa molto importante anche il fatto che abbiano il sostegno per continuare a farlo. Sicuramente il futuro ne trarrà vantaggio.