The Front Page | Mario Giardini

Bosoni, mesoni, adroni ed euri

I soldi spesi in ricerca pura e in ricerca applicata, a livello mondiale, ammontano a cifre stratosferiche. Al bosone di Higgs si dà la caccia dal 1964. A Ginevra si è costruito prima un sincrotrone, poi l’LHC, costato miliardi. Negli ultimi anni 4000 scienziati hanno lavorato sodo, e alla fine ce l’hanno fatta. Hanno trovato il bosone. Vien da chiedersi: ne valeva la pena?

I soldi spesi in ricerca pura e in ricerca applicata, a livello mondiale, ammontano a cifre stratosferiche. Al bosone di Higgs si dà la caccia dal 1964. A Ginevra si è costruito prima un sincrotrone, poi l’LHC, costato miliardi. Negli ultimi anni 4000 scienziati hanno lavorato sodo, e alla fine ce l’hanno fatta. Hanno trovato il bosone. Vien da chiedersi: ne valeva la pena? Cioè, sono soldi ben spesi? Rispondere sì è non è un atto di fede. E’, anzi, una risposta molto ragionevole. Vediamo perché.

Una volta uno scienziato dimenticò una lastra fotografica nelle vicinanze di un campione di un minerale che voleva analizzare. Giorni dopo si accorse che la lastra era stata impressionata, nonostante fosse ben protetta contro la luce solare. Concluse, quindi, che i «raggi», cioè le onde elettromagnetiche che avevano impressionato la lastra, dovevano per forza provenire da quel minerale. Che, in ragione di ciò, ricevette il nome di radio. Incominciò così lo studio di un fenomeno, molto assai esoterico dato  i tempi (inizi 900), che venne definito radioattività. Nel 1938 Fermi costruì la prima pila nucleare. Negli anni successivi vennero alla luce le macchine che permisero la nascita di una intera branca della medicina: la radiologia. Negli anni ’60 si costruirono i primi reattori nucleari per generare elettricità. Negli anni ’80 videro la luce le prime risonanze magnetiche. Per non parlare delle terapie anticancro. Quindi la curie-sità, che sembrava una stravaganza all’inizio secolo, si rivelò uno dei campi più proficui dell’intero studio della fisica.

Nel 1916 Einstein pubblicò un lavoro, del tutto teorico, sulla cosiddetta legge di distribuzione di Planck; lavoro nel quale egli descriveva cosa accade quando si procede a «pompare» energia dentro di un atomo. Gli elettroni orbitano intorno al nucleo in posizioni (livelli) che dipendono dalla loro energia. In condizioni di «riposo», stanno tanto prossimi al nucleo quanto la loro energia permette. Lo stato di riposo è caratterizzato dal minimo di energia del sistema.

Quando energia viene immessa, uno o più elettroni l’assorbono, passando dal proprio livello ad un livello energetico più alto. La nuova situazione è instabile: appena può, l’elettrone se ne ritorna nello stato di riposo. Restituisce l’energia assorbita emettendo un fotone di luce. La cui frequenza dipende dalla differenza di energia fra livello «eccitato» e livello di «riposo», cioè dall’energia di eccitazione.

Per passare da un livello all’altro, e ritornare al punto di partenza, l’energia che occorre è però sempre la stessa. Ecco quindi che la radiazione emessa (o assorbita) è un’onda elettromagnetica di frequenza costante (a parità di livelli di riposo e di eccitazione), cioè «pura» (si dovrebbe dire monocromatica): una riga dello spettro elettromagnetico. E’ sempre la stessa. Su questo fatto si basa, guarda caso, il principio di funzionamento del laser.

Ma fra scoperta teorica e fatto tecnologico (laser) passarono settant’anni. Il confine fra ricerca teorica, o pura, e tecnologia, cioè scienza applicata, come si può apprezzare, è sempre sottile. Difficile pronosticare se verrà varcato, oppure no.

Ancora. E’ scientificamente provato che l’universo quadri-dimensionale osservabile dalla terra è in espansione accelerata. Quella che era una «previsione» della teoria della relatività generale fu provata sperimentalmente dal Edwin Hubble, un astronomo americano, nel 1928.

Se tutte le galassie dell’universo si allontanano l’una dall’altra, e le galassie più lontane accelerano, che cosa ha originato questo moto divergente? Bene, la teoria del big bang prova a spiegare perché l’universo si espande.

Supponiamo di guardare il film dall’ultimo fotogramma e di tornare indietro. E’ chiaro che tutto ciò che compone l’universo, via via che si torna indietro, viene ad essere contenuto in un volume sempre più piccolo. Quindi deve essere esistito un istante zero in cui il volume totale era zero, e la densità infinita (sto semplificando, ma è per chiarire il concetto).

E’ da questo momento che l’espansione inizia. Siccome affinché ci sia un’espansione, cioè masse enormi si allontanino l’una dall’altra e siano ancora nella fase di allontanamento (oggi), è necessario spendere somme inaudite di energia, ipotizzare una esplosione iniziale (cioè un big bang) è naturale.

Perché si è fatto l’esperimento al CERN? Perché si vuole capire com’è fatta la materia. E’ importante? Io direi di sì. Anche lo studio della radioattività, o la distribuzione di Planck, avevano il medesimo scopo: conoscere il mondo fisico. E perché al CERN si fanno scontrare particelle, dopo averle fatte accelerare?

La risposta è: perché così, ad alte energie (cioè, ad alte temperature) si ricreano condizioni simili a quelle che esistevano nei primi istanti di formazione dell’universo, cioè nei primi istanti dopo il big bang. Il mondo degli adroni si suppone essere esistito un milionesimo di secondo dopo il big bang.

E prima del big bang? Non c’è un «prima», dato che il «prima» significa un istante definito del tempo. Ma il tempo pare sia una proprietà intrinseca dell’universo. Cioè nasce con l’universo: l’istante zero è il big bang. Ma se non c’è un «prima» di cosa si può parlare? Di «condizioni iniziali», come direbbero i matematici. Cioè di quello «stato» che in qualche modo ha permesso si verificasse l’evento big bang. Un campo in cui avvengono fluttuazioni quantiche. Ma di ciò parleremo in un altro articolo.

Tornando al bosone di Higgs e alla domanda iniziale: sono soldi ben spesi? A meno di essere delle persone deliziosamente antropocentriche, io credo non vi sia domanda più importante di questa: come è nato l’universo? L’esperimento del CERN e tutti quelli similari che si conducono in molti laboratori del mondo ha lo scopo di trovare una parte della risposta. Non è dunque un giochino di scienziati pazzerelloni ed eccentrici, ma una tappa, importante, verso una migliore comprensione dell’origine di tutto ciò che ci circonda. E dunque sì, sono soldi ben spesi.

Fonte: Mario Giardini (The Front Page)

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