Pensiero in Evoluzione 2022 – Acceleratori di Particelle

…con la fisica e prima ricercatrice Cătălina Curceanu.

Dalla ricerca della materia oscura alla cura dei tumori.

Non esiste ad oggi un’unica teoria della gravità in cui siano considerati anche effetti quantistici. E’ tuttavia ormai assodato che le due teorie fondamentali della natura: la relatività generale e la meccanica quantistica, devono in qualche modo coesistere alla scala di Planck e dare luogo ad un “nuovo” settore della scienza noto come gravità quantistica. Tutto per risolvere una conflittualità filosofica e scientifica sul fondamento umanamente rappresentativo dell’Universo, in cui:

🔹 Il tempo è fondamentale,
🔹 Il tempo dovrebbe essere eliminato dalla concettualizzazione del mondo.

La Teoria delle Stringhe prevede oggetti non puntiformi la cui minima dimensione è data dalla lunghezza di Planck, in una struttura liscia e continua(tipica della relatività generale e della fisica quantistica) e un quanto del campo di gravità, il gravitone(di massa nulla e spin 2) che dovrebbe giustificare la debolezza della stessa rispetto alle altre tre forze della Natura. Quando i tempi di ogni entità materiale si intersecano, esse si incontrano o si inviano segnali, perciò oggi tendiamo a parlare principalmente e contemporaneamente di spaziotempo. Come i fotoni sono i mattoni delle onde elettromagnetiche, così i gravitoni si presenterebbero come i costituenti delle onde gravitazionali(perturbazioni dello spaziotempo propagantesi alla velocità della luce). Un approccio immaginifico diverso invece è la Teoria delle variabili a Loop ove all’atomizzazione della materia e della luce, si aggiunge l’atomizzazione dello spazio-tempo, arrivando così alla più elevata forma di simmetria della realtà fisica dove tutto è discontinuo ovvero discretizzato e granulare. Veri e propri ‘atomi’ di spazio e tempo vengono imbrigliati in quella che viene tecnicamente chiamata rete di spin, senza però considerare l’esistenza di particelle supersimmetriche, delle dimensioni extra e dei gravitoni.

Ma come si conciglia tutto ciò nella ricerca medica?

Accurate e recenti(1998) misurazioni della distanza di galassie lontane hanno mostrato che l’espansione dell’Universo andava rallentando fino all’età di 4-5 miliardi di anni, poi ha cominciato ad accelerare.

Gli astrofisici hanno dunque ipotizzato che il vuoto possieda una filamentosa forma di influenza, opposta ma sostanzialmente costante: la materia oscura(dark matter) che dovrebbe giustificare l’anomala velocità di rotazione delle galassie, mentre l’energia oscura(dark energy) l’inattesa accelerazione di espansione dell’Universo; probabilmente irrilevabili con le attuali tecnologie a causa della velocità di decadimento/annichilimento delle antiparticelle e degli antielementi, e della loro mancanza di emissione di radiazioni.

Gli acceleratori costruiti per la ricerca dei misteri cosmologici e la fisica delle particelle vengono largamente utilizzati per le terapie oncologiche. Esempio cardine è l’adroterapia/protonterapia che utilizza particelle cariche pesanti (i protoni e gli ioni Carbonio) per la cura dei tumori non operabili e radioresistenti, specie nei pazienti pediatrici più inclini a sviluppare controindicazioni, secondo tumore e malattie parallele. Queste metodologie rilasciano la maggior parte dell’energia unicamente sull’agglomerato di cellule tumorali risparmiando i tessuti sani. Attualmente si stanno inoltre svolgendo ulteriori ricerche anche sul possibile impiego dei neutroni, e nella produzione di radiofarmaci per la diagnosi come nel caso della PET (Positron Emission Tomography) che sfrutta l’antimateria.

Il Centro di Protonterapia di Trento (terzo per importanza in Italia) è rinomato per la cura dei tumori con protoni accelerati con un ciclotrone Proteus, le due sale di trattamento con gantry – la testata rotante che permette di indirizzare le radiazioni a 360° attorno al paziente – oltre ad una sala sperimentale.

Negli acceleratori per la salute sono presenti delle cavità in cui è applicato un campo elettrico, dove le particelle vengono accelerate fino a ottenere l’energia necessaria mentre i magneti guidano il fascio lungo la traiettoria predisposta. Gli ioni Carbonio producono un maggior numero di rotture dell’elica del DNA, garantendo una maggiore possibilità di successo, principalmente per:

• Cordoma e Condrosarcoma, a causa della sede d’insorgenza (base del cranio e colonna vertebrale) difficilmente trattabile con chirurgia o con radioterapia convenzionale e della sua tendenza alla crescita locale piuttosto che alla metastatizzazione.
• Melanoma uveale a causa dell’adiacenza a strutture importanti per il mantenimento della vista.
• Sarcomi del tessuto osseo a insorgenza in sedi difficili quali la colonna vertebrale, le ossa del cranio e la pelvi, inoltre a causa della loro radio resistenza sono adatti a un trattamento con ioni Carbonio.

La BNCT (Boron Neutron Capture Therapy) è una tecnica sperimentale basata sull’utilizzo di neutroni usati per irraggiare il tumore, prima arricchito con ¹⁰B(boro), sfruttando la reazione: n + ¹⁰B → ⁷Li + α. Essa dà luogo alla produzione di ⁷Li(litio) e α che perdono la loro energia in un percorso molto breve confrontabile con il diametro di una cellula, producendo danni irreparabili al DNA portando alla morte della cellula stessa.

«Questo libro vi conduce in un viaggio affascinante attraverso i misteri della fisica moderna, in un mondo che va dal miliardesimo di miliardesimo di metro a una decina di miliardi di anni luce!

Possiede inoltre enormi ricadute nella vita quotidiana: dall’indagine sul patrimonio artistico alla terapia del tumore, dallo svelare gli enigmi della storia a identificare i criminali. Diviso in tre parti, il tomo mira a rispondere a molte vostre domande, e a lasciare che ne solleviate altrettante, se non di più…rincorrendo la passione della scienza.»

Catalina Curceanu è Prima Ricercatrice all’INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati e membro della Foundational Questions Institute [FQXi] americana. Laureata in fisica con specializzazione in fisica delle particelle elementari e fisica nucleare, ha svolto il dottorato di ricerca nell’ambito dell’esperimento OBELIX [CERN] nel campo della spettroscopia dei mesoni esotici. Dirige un gruppo di circa 20 ricercatori nell’ambito della fisica adronica e nucleare. Ha coordinato il gruppo dei INFN-LNF nell’esperimento DEAR. E’ responsabile nazionale dell’esperimento SIDDHARTA e spokesperson della collaborazione internazionale VIP [esperimento ai Laboratori Nazionali Del Gran Sasso – INFN]. Coordina per INFN vari progetti EU nell’ambito del VII Programma Quadro. Ha coordinato il progetto EOS – Notte Europea dei Ricercatori [Researchers’ Night, Support Action FP7] nel 2008.

Nel 2018 è stata insignita dell’Ordine “Merito Culturale” nel grado di Cavaliere dal Presidente della Romania. E’ autrice e/o coautrice di oltre 400 pubblicazioni su riviste del settore. Svolge un intensa attivita’ di formazione e divulgazione scientifica.