laboratorio scientifico

laboratorio scientifico

Uno spazio attrezzato per la ricerca e la misura di precisione

Un laboratorio scientifico è uno spazio dedicato a misure, esperimenti e ricerche nei vari campi della scienza. I laboratori dedicati alla biologia possono ospitare specie animali e vegetali, oppure essere occupati solo da computer e altri macchinari. Quelli dedicati alle scienze fisiche sono a volte impianti enormi, e sempre più spesso costruiti in località particolari, sotto montagne o in orbita attorno alla Terra, per effettuare osservazioni ed esperimenti altrimenti impossibili

Sperimentare e misurare

Le principali operazioni che si eseguono in un laboratorio scientifico sono sperimentare e misurare. A seconda dello scopo che ci si prefigge e della disciplina interessata (chimica, biologia, fisica o altro), un laboratorio può assumere caratteristiche e dimensioni molto diverse. Si va dai più semplici laboratori di analisi biologiche e chimico-fisiche presenti nelle strutture sanitarie, come gli ospedali, dove lavorano pochi biologi o chimici, ai grandi laboratori internazionali di fisica come il CERN (Conseil européen pour la recherche nucléaire, Consiglio europeo per la ricerca nucleare) di Ginevra, che si estende su di un’area di svariati chilometri quadrati a cavallo fra Svizzera e Francia e in cui lavorano a rotazione migliaia di scienziati provenienti da tutto il mondo.

Cosa fa variare dimensioni e caratteristiche

La dimensione di un laboratorio è anche, ovviamente, determinata dalla strumentazione necessaria per le misure o le esperienze che si devono condurre.

Una macchina per misurare, per esempio, i globuli rossi presenti in un campione di sangue occupa uno spazio relativamente piccolo, tanto da poter stare su un tavolo. Un acceleratore di particelle, al contrario, è un insieme di macchine lunghe chilometri, che servono ad accelerare i fasci di particelle elementari tramite campi elettromagnetici per poi analizzare i risultati degli urti che si producono.

Anche all’interno di una stessa disciplina possiamo avere laboratori molto diversi fra loro. Prendiamo per esempio la biologia: nei laboratori tradizionali, dedicati per esempio alle ricerche sull’ereditarietà, si trovavano le diverse generazioni di organismi vegetali e animali fatti riprodurre per studiare la trasmissione dei tratti genetici; nei moderni laboratori di genetica e biotecnologie, come quelli dedicati alla mappatura del genoma umano, non troveremo nulla o quasi che ci ricordi la biologia classica, ma soprattutto computer dotati di programmi molto sofisticati e strumentazione d’avanguardia.

Negli ultimi tempi hanno avuto un notevole e capillare sviluppo i laboratori di tipo tecnico-scientifico dedicati alla salute, all’agricoltura e all’ambiente, in cui, per lo più con metodi chimici, si verificano la qualità dell’aria che respiriamo e dell’acqua che beviamo, la sicurezza degli alimenti e gli effetti dei nuovi farmaci. Oggi scopriamo infatti sempre nuovi farmaci, sempre nuovi prodotti utili per coltivare la terra, ma usiamo anche sempre più macchine e consumiamo sempre più energia. Corriamo quindi rischi a causa delle modifiche ambientali introdotte dagli effetti, magari non evidenti, delle nostre scoperte. Un caso particolare di questi laboratori è dato dalle stazioni di rilevamento presenti in molte grandi città in grado di registrare dati che poi vengono esaminati altrove.

Un laboratorio per catturare l’inafferrabile

Nel nostro paese abbiamo un complesso di laboratori scientifici molto particolare, unico al mondo, per la ricerca sulle più inafferrabili tra le particelle nucleari: i neutrini. Sono i laboratori nazionali del Gran Sasso, dell’INFN (Istituto nazionale di fisica nucleare). Questi laboratori sono costituiti da tre grandi sale scavate nella viva roccia, di 100 m di lunghezza per 20 di larghezza e di altezza. Le sale sono poste a ben 1.400 m sotto la cima del massiccio del Gran Sasso, quindi proprio nelle viscere della montagna. L’ideazione dei laboratori risale al 1982 e la loro realizzazione, ultimata nel 1986, è stata resa possibile perché effettuata insieme allo scavo di un tunnel per l’autostrada che collega Roma con l’Aquila e Teramo. Proprio dal tunnel autostradale si accede alle sale sotterranee che ospitano la strumentazione necessaria per i vari esperimenti di fisica nucleare che continuamente vi si svolgono.

Perché mettere laboratori di fisica dentro una montagna, con notevoli costi e un enorme sforzo costruttivo, quando ne esistono tanti, e ben più comodi, in superficie? Il fatto è che, anche se noi spesso non ce ne accorgiamo perché non le ‘sentiamo’, sulla superficie terrestre arrivano costantemente radiazioni di ogni tipo, soprattutto i raggi cosmici, costituiti da fasci di particelle elementari emesse dal Sole e dalle altre stelle. Queste particelle disturbano i fisici nella ricerca di altre particelle molto difficili da rilevare, i neutrini appunto. Questi ultimi infatti interagiscono molto poco con la materia e quindi è difficile osservare gli effetti del loro passaggio: sono un po’ come una freccia che non si conficca nel bersaglio ma che, nella gran maggioranza dei casi, vi passa tranquillamente attraverso senza lasciare alcun segno. Insomma, in superficie riuscire a capire se ci sono o no neutrini è difficilissimo a causa della presenza di fasci di particelle diverse: sarebbe come tentare di captare una voce debolissima in uno stadio dove si svolge un’accesa partita di calcio! I 1.400 m di roccia del Gran Sasso che sovrastano i grandi labora;tori dell’INFN agiscono come un filtro, assorbendo le particelle dei raggi cosmici ma non i neutrini, che i fisici cercano di ‘intrappolare’ con gli strumenti contenuti nelle grandi sale. Per tale motivo questi laboratori rappresentano una installazione unica al mondo e vi lavorano scienziati di tutti i paesi su progetti molto avanzati di ricerca.

Laboratori oltre l’atmosfera

La possibilità di andare nello spazio ha aperto le porte alla realizzazione di laboratori spaziali, generalmente indicati con la parola inglese spacelab.

Un laboratorio in orbita attorno alla Terra presenta vantaggi particolari legati alle condizioni che si trovano nell’ambiente spaziale, prima fra tutte la bassa gravità, ottenuta sia perché a qualche centinaio di chilometri di altezza la forza di attrazione gravitazionale terrestre è più debole sia a causa del moto del mezzo spaziale, studiato in modo da controbilanciare la forza di attrazione stessa.

Questi laboratori sono molto importanti: grazie a essi, per esempio, è possibile osservare le reazioni degli organismi vegetali e animali – a iniziare da quello umano – in assenza di gravità e studiare metodi di produzione di farmaci o leghe metalliche purissime (sulla Terra, infatti, la gravità esercita un’azione anche sulle reazioni chimiche e fisiche che può essere trascurata in un laboratorio spaziale).

Un altro campo importante di applicazione dei laboratori spaziali è quello legato alla loro posizione al di fuori dell’atmosfera terrestre. Da una parte, stando ‘sopra’ l’atmosfera, abbiamo l’opportunità di studiarla osservandola dal di fuori, in particolare nei suoi strati più esterni che sono difficilmente analizzabili dal suolo; dall’altra, abbiamo la possibilità di effettuare osservazioni astronomiche impossibili da Terra. La nostra atmosfera infatti blocca, fortunatamente per noi, gran parte delle radiazioni che i corpi celesti, come Sole, stelle e galassie, emettono costantemente. Si tratta di raggi X, radiazione ultravioletta e raggi gamma che non arrivano al suolo per l’azione di filtro effettuata dall’atmosfera. Ciò è un bene per l’esistenza della vita sulla Terra, poiché tali radiazioni potrebbero essere letali, ma questo filtro impedisce anche di studiare a fondo l’Universo. Attorno alla Terra esistono parecchi osservatori astronomici orbitanti, veri e propri laboratori scientifici completamente automatici che, da qualche anno, osservano il cielo come mai è stato possibile nella storia dell’umanità.