Gaianews

Presente e futuro della fisica delle particelle. Intervista al Prof. Luciano Maiani

Scritto da Annalisa Arci il 08.11.2013

La Cattedra Enrico Fermi del Dipartimento di Fisica della Sapienza di Roma organizza un ciclo di lezioni per il pubblico non specialistico. Negli Anni Accademici 2013-2014 e 2014-2015, le lezioni saranno tenute dal Prof. Luciano Maiani sul tema Presente e futuro della fisica delle particelle fondamentali (tutte le informazioni sul programma, orari e sedi sono disponibili sul sito del Dipartimento di Fisica).

Dalla scoperta del positrone di Dirac alla conferma del bosone di Higgs: un viaggio avvincente per comprendere le basi concettuali e sperimentali di questa disciplina, seguirne l’evoluzione e fare qualche riflessione sul futuro. Sul significato e l’importanza della ricerca pura all’interno della nostra società, e sull’esigenza di rendere il più possibile noti e fruibili alcuni concetti e teorie.

Daremo spazio a questa iniziativa con alcuni articoli di approfondimento pensati proprio in relazione al programma delle Lezioni Enrico Fermi. Iniziamo oggi grazie alla cortesia e disponibilità del Prof. Luciano Maiani, professore emerito di Fisica Teorica alla Sapienza, che ci ha concesso un’intervista. 

Leggi la risposta di Luciano Maiani all’editoriale di Ferdinando Boero apparso su Internazionale

Domanda. Perché sono importanti iniziative volte a divulgare la fisica quantistica?

Luciano Maiani. La scienza non deve essere ghettizzata. Troppo spesso è considerata una specie di scatola nera abitata dagli specialisti che fanno delle cose, magari inventano il web, il telefonino, il GPS però alla fine queste cose vengono maneggiate come se fossero delle scatole chiuse, senza istruzioni. Io penso invece che, al di là del tecnicismo che le è proprio, occorre la partecipazione di tutti poiché la scienza è un fatto culturale, che porta idee, nuovi modi di pensare e di vedere. Questo è uno sforzo necessario: portare le idee fuori dai nostri laboratori.    

D. Quest’anno il ciclo di Lezioni Enrico Fermi si concentra sulla fisica delle particelle fondamentali. Cosa studia un fisico delle particelle?

L. M. Nella professione del fisico delle particelle ci sono due specializzazioni di base che, purtroppo, da Fermi in poi si sono divise, cioè i fisici sperimentali e i fisici teorici. I primi si occupano di testare le teorie, visto che ogni scoperta porta con sé nuove domande a cui si cerca di rispondere in laboratorio. Oggi il grosso della fisica sperimentale si svolge intorno agli acceleratori che, grazie alle collisioni, creano le condizioni per studiare cosa avviene ad energie sempre più grandi, che nel nostro universo sono esistite poco dopo il Big Bang, ma che hanno creato le condizioni affinché il mondo sia così come noi lo vediamo. I fisici teorici, invece, hanno un compito di interpretazione e di elaborazione di nuove idee: come inquadrare i dati generali in uno schema matematicamente soddisfacente. La mia lezione di ieri era intitolata “Alla ricerca della semplicità”, cioè alla ricerca della semplicità esistente al di sotto della complessità del mondo naturale. Un buon argomento per un fisico teorico.

D. La ricerca pura ha un ruolo fondamentale nella comprensione del mondo. Ma non avremmo nessuna conferma senza la tecnologia: gli acceleratori di particelle in primis. È corretto dire che un fisico, oggi, fa ricerca seguendo il metodo di Galileo – partendo da ipotesi che andranno poi validate o meno dagli esperimenti – con il supporto di potenti strumenti come il Large Hadron Collider (LHC)?

L. M. Il metodo con cui i fisici teorici fanno ricerca oggi è lo stesso usato da Galileo. La scienza non è cambiata benché i nostri strumenti concettuali e soprattutto sperimentali siano infinitamente più potenti. Discutere, trovare risultati, confermarli: esattamente come ai tempi di Galileo. Ma oggi assistiamo ad un nuovo elemento sul quale occorre riflettere. Esistono dei mezzi di diffusione diversi da quelli “tradizionali” – le riviste peer review, ad esempio – come i blog che permettono la diffusione di molta pseudoscienza che compete con la scienza ordinaria. È un fenomeno negativo in quanto la scienza progredisce con un metodo rigoroso fondato sul controllo dei risultati, mentre sul web vediamo annunciati risultati di tutti i generi, quasi fantasmagorici. 

D. Il clamore mediatico che ha accompagnato la scoperta del bosone di Higgs ha avvicinato il grande pubblico a questi temi. Si ripete spesso che il bosone è così importante perché fornisce la massa alle altre particelle. Cosa significa?

L. M. Eravamo abituati al fatto che le masse delle particelle fossero un dato immutabile, una sorta di costante universale. Come se ci fosse scritto sulle “tavole della legge” che la massa dell’elettrone è questa. Invece l’idea alla base di quella che si chiama “rottura spontanea della simmetria” è che la massa venga acquisita dall’interazione della particella con un campo che fa da sfondo in tutto lo spaziotempo. Questo è un concetto che proviene dalla fisica della materia, in cui questa idea è alla base della superconduttività e della superfluidità. Il fatto che ora questa descrizione venga applicata a tutto lo spazio segna una grossa differenza; la propagazione di particelle, che senza questo campo avrebbero massa pari a zero, produce la loro inerzia e ci induce a pensare che, in un certo senso, anche la massa è un dato per così dire “ambientale”. Potremmo ipotizzare che ci sono degli universi in cui il campo di Higgs ha una struttura differente e che potrebbero essere diverse alcune costanti fondamentali che sono alla base dell’elettrone e dei quark; è ovvio che questi universi avrebbero delle caratteristiche differenti dal nostro. Il fatto che la vita si sia sviluppata sul nostro pianeta è dovuto ad una specie di cospirazione delle costanti fondamentali: se questa cospirazione è dovuta a un disegno – come afferma il principio antropico – non lo sapremo mai, ma potrebbe essere dovuto al fatto che esistono universi ospitali perché le costanti si organizzano in un certo modo. 

D. Confermare il Modello Standard significa escludere le supersimmetrie? Quali sono i principali problemi legati al Modello Standard?

L. M. No. Ogni teoria fisica si conferma all’interno di certi limiti di validità, con certi errori. Nessuno potrà mai confermare una teoria ed escludere delle possibili estensioni. Noi pensiamo che il Modello Standard abbia un’estensione ad energie abbastanza raggiungibili,  ad esempio con la supersimmetria, e la precisione stessa con cui abbiamo misurato il bosone di Higgs certamente non esclude questa possibilità. Sarà una corsa verso l’ignoto per capire quali sono i margini entro cui esistono queste possibilità teoriche.

D. Grazie al Large Hadron Collider (LHC) è stato possibile confermare il meccanismo di Higgs, e nel 2015 riprenderà a funzionare: quali scoperte e/o conferme ci attendono?

L. M. Fenomeni che stanno al di là del Modello Standard e di cui esistono manifestazioni indirette possono essere osservati con maggiori energie. Ci si aspetta di scoprire nuove particelle ma dire se questo accadrà è ovviamente molto difficile. Una macchina come l’LHC è come un telescopio: quando uno ha in mano uno strumento di questo genere per esplorare nuove regioni dell’universo magari troverà qualcosa che non era stato previsto prima. Nell’ignoto possono nascondersi delle sorprese, si pensi a quello che si potrebbe scoprire sulla materia oscura.

D. Le tecnologie usate dai fisici delle particelle hanno avuto svariate applicazioni. Le più importanti sono in medicina e nella computazione (quantistica)?

L. M. L’applicazione dire più eclatante, il il world wide web, un protocollo inventato per far comunicare i fisici delle particelle e che ha creato un nuovo modo di comunicare. Si stima che il 17% del PIL mondiale sia dovuto a scambi che avvengono sulla rete. Questo è di gran lunga il prodotto della fisica delle particelle che ha avuto maggiore impatto. Poi si può pensare al cloud, un’evoluzione del world wide web, di cui il primo esempio è stata la GRID, la rete di trasmissione dei dati dell’LHC. Nel campo della medicina, la superconduttività per la risonanza magnetica nucleare e la PET sono tra le applicazioni più importanti.

D. David Deutsch notò una volta che “la storia della scienza è la storia della fisica che ruba tematiche alla filosofia”. Benché entrambi, il fisico e il filosofo, si possano occupare in teoria di atomi, materia, energia, forze, etc.., tutti concetti noti fin dall’antichità classica, mi pare esista una profonda differenza tra i due approcci. Il filosofo si chiede “che cos’è l’atomo” e tenta anzitutto di dargli un nome, definirlo mentre al fisico importa “che cosa fa l’atomo”. Condivide questa posizione?

L. M. A me sembra che i filosofi abbiano smesso da tempo di occuparsi degli atomi. Oggi il dibattito filosofico si rivolge in prevalenza alla coscienza, ai meccanismi della conoscenza ed al significato della realtà, mentre gli atomi sono ormai del tutto di competenza della fisica. La scienza attuale è vicina alle idee Popper, nel senso che si parla di scienza quando c’è la possibilità di falsificare un’ipotesi, un’evoluzione molto fondata delle idee di Galileo, che pone una chiara delimitazione tra la scienza e la non-scienza. 

© RIPRODUZIONE RISERVATA