La caccia al bosone: società e scienza

Segniamoci questa data, 4 luglio 2012: è destinata a entrare nella storia della scienza e, forse, nella storia umana in generale. Oggi i ricercatori del CERN hanno annunciato in una conferenza stampa seguita sul web in tutto il mondo la confermata presenza nei loro rivelatori delle tracce relative a una particella con caratteristiche compatibili a quelle del bosone di Higgs: se ne era già parlato a dicembre ma oggi c’è una conferma definitiva, quella che mette una firma in fondo a una relazione e che invita a voltare pagine sui libri di storia della scienza.

Il bosone di Higgs è stata una particella elusiva e ricercata degli ultimi trent’anni: il riscontro avuto con questi ultimi esperimenti giunge quindi a coronare una lunga serie di test e lavori, compiuti da numerosi studiosi e da molti team, susseguitisi nella caccia più importante della fisica contemporanea.
Ma cos’è il bosone di Higgs? L’articolo di Repubblica linkato è abbastanza preciso, quindi non mi dilungherò troppo. Qui è sufficiente ricordare che si tratta della particella che conferisce la massa alle altre particelle, quando queste interagiscono con il campo di Higgs, formato appunto dai bosoni.
La vera domanda è: perché è così importante questa particella?

In primo luogo, Higgs era l’unica particella mancante tra quelle ipotizzate nel Modello Standard, l’attuale teoria di riferimento nel campo della fisica delle particelle. La sua presenza, oggi confermata, consolida il MS e indica ai fisici la strada su cui mantenersi, almeno per ora.
Inoltre la sua massa, 125 GeV, fornisce importanti indizi sulla natura dell’universo, sul suo destino e sulle sue proprietà. Insomma, si tratta di una pietra discretamente importante per la cattedrale della scienza.

Ora ci attendono, però, le reali conseguenze: pur consci che nessuna teoria può mai essere confermata, i fisici sanno che stanno lavorando in una direzione probabilmente valida e che le loro ricerche possono aprire ulteriori porte nella conoscenza della natura.
La scoperta è importante anche per ciò che non comporta: non ci sarà, al momento, alcun cambio di paradigma. Se fosse stata trovata una particella molto diversa, o non si fosse trovato nulla, il Modello Standard avrebbe subito critiche e cambiamenti tali da condurre a nuovi esperimenti e all’esplorazione di altre vie di ricerca. Questo, prima o poi, avrebbe portato a una nuova struttura teorica che avrebbe plausibilmente trovato appigli completamente diversi da quella attuale..
Intendiamoci, il cambiamento prima o poi avverrà comunque e Higgs non è certo un “ritardante negativo”: anzi, si tratta di una brillante conferma dell’intuizione umana nello spiegare la natura dell’universo di cui facciamo parte.

La ricerca si conferma così un elemento importante nel definire la società. La teoria della Relatività ha innovato profondamente l’immaginario comune e così ha fatto la meccanica quantistica. Oggi il bosone di Higgs, già parte di questo immaginario, irrompe sulla scena, donandoci un nuovo argomento che dovrebbe riempire le pagine dei quotidiani (ma noi saremo sicuramente più impegnati a parlare d’altro).
Credo che, ancora una volta, l’importanza della cultura scientifica per la nostra società sia stata confermata. Oltretutto le conseguenze indirette della scoperta saranno moltissime: già da tempo la ricaduta tecnologica delle ricerche del CERN sono nelle nostre case – i protocolli http ne sono un esempio – e anche la sfida di LHC porterà sicuramente novità utilizzabili per migliorare la vita di tutti. La conoscenza più approfondita dell’universo e dei suoi meccanismi, poi sicuramente ci insegnerà come sfruttarli al meglio.

Una parentesi di cultura e intelligenza: Higgs, genio indiscusso della fisica teorica, ha sempre rifiutato e condannato l’impiego del soprannome “particella di Dio” per il suo bosone, sostenendo che potesse essere offensivo per i credenti. Margherita Hack ha dichiarato, invece, che “quella particella è Dio”. Senza nulla togliere alla cara Margherita, lo spessore intellettuale – e intellettivo – tra chi probabilmente vincerà un nobel e chi, invece, di strada con la ricerca ne ha fatta poca direi che si vede anche dal rispetto per le opinioni altrui. D’altronde, si sa, i migliori scienziati sono quelli curiosi e aperti al confronto.

 

Higgs… o non Higgs?

Il CERN è stato protagonista del rimbalzare di una notizia che, a seconda di chi l’ha riportata, è suonata come una svolta storica. Tuttavia, a discapito di quel che dicono certe testate, del bosone di Higgs non c’è ancora traccia definitiva.

Ieri il seminario dei coordinatori di Atlas e Cms, due degli esperimenti di Lhc al Cern, hanno annunciato che “c’è qualcosa” tra 116 e 127 GeV: alcuni hanno tradotto “qualcosa” con “bosone di Higgs” ma i ricercatori non ne sono così certi. Almeno, non lo dicono in pubblico: tra le righe si può senz’altro leggere la comune sensazione che quell’eccesso di materia sia la traccia lasciata dal fantomatico bosone, ma le prove sperimentali non lo dicono con sufficiente certezza da poterlo affermare in pubblico. Per ora.
La cautela, insegnano i vecchi maestri, è la prima dote del ricercatore che vuol far carriera: con Higgs la carriera è assicurata, diciamocelo.

La caccia a questa particella fondamentale ha due ruoli, essenzialmente entrambi centrali per la fisica contemporanea: da una parte si tratta di trovare la particella che, stando al Modello Standard, l’attuale sistema teorico della fisica elementare, conferisce massa alle altre particelle e, quindi, a tutti i corpi; dall’altra la sua presenza confermata sarebbe una corroborazione determinante per l’accettazione del modello stesso, un po’ la prova mancante.
Non mi metterò a parlare di “confermare le teorie scientifiche” o Popper si ribalterà nella tomba: diciamo, però, che l’uso di corroborare costituisce il dovuto rispetto e distacco. Però se Higgs fosse trovato e combaciasse con MS… ecco, sarebbe una prova importante che consentirebbe di usare il modello ancora a lungo. Fino a che qualcuno non dimostrerà che non funziona (e prima o poi accadrà: è solo questione di tempo).

Insomma, è veramente una “particella divina”, perché detiene nelle sue piccole manine il futuro della fisica delle particelle… e non solo. Dalla sua esistenza dipendono anche preziosi indizi sulla genesi dell’universo e sulla natura intrinseca della materia; se non fosse confermato, si aprirebbe una voragine che dovrebbe essere riempita da nuove teorie e, al momento, i fisici sembrano concordi nel non trovare nulla di altrettanto convincente del Modello Standard.
Interessante però notare come gli italiani siano sempre in mezzo alle buone notizie scientifiche, soprattutto in fisica, anche se poi si dimenticano di loro quando è il momento di premiare qualcuno (cfr. Cabibbo): oggi Higgs, quest’estate i neutrini… non credo sia casuale. Anche se Profumo non parlerà di tunnel per bosoni da affiancare a quello per neutrini, il ruolo del nostro paese dovrebbe farci riflettere: pur nelle ristrettezze e nel totale disinteresse degli ultimi governi, la ricerca italiana riesce ad andare avanti e dimostra di essere forte e ricca di competenze. Forse dovremmo andare a investire lì, innovazione e ricerca prima di tutto, anziché disperdere fondi altrove.

Comunque sia: ho scritto un articolo su Higgs, meno lieve e più giornalistico: è su Daily Blog e ve ne consiglio la lettura.
E se volete approfondire l’argomento… non dovete che chiedere!

 

Neutrini: attivata la velocità smodata!

E pensare che un paio di giorni fa stavo spiegando a un mio amico come possa bastare una sola prova contraria a una teoria ampiamente corroborata da millemila esperimenti per smontarla del tutto! Si parlava della mia tesi, spiegavo la scienza secondo Popper… e oggi abbiamo un esempio pratico e diretto di questa possibilità. Basta davvero pochissimo per rivoluzionare il nostro punto di vista, un istante per costringerci a riscrivere un secolo e oltre di teoria della Relatività.

Conoscete tutti l’evento, ormai; secondo misurazioni CERN/INFN tra Ginevra e il Gran Sasso i neutrini avrebbero percorso il loro viaggio con un tempo inferiore a quello che avrebbe impiegato la luce. Semplicemente: ci sono neutrini più veloci della luce. Poiché i neutrini hanno massa, questo viola le conclusioni di Einstein secondo cui la velocità della luce è un limite invalicabile, almeno finché la massa ce l’hai.
L’esperimento funziona così: il CERN produce neutrini e li spara verso il Gran Sasso. Poiché l’interazione dei neutrini con la materia ordinaria è lievissima, il fascio attraversa senza difficoltà apparente il pezzettino di pianeta che divide Ginevra dall’Italia e raggiunge i ricettori sotterranei. Qui, di tanto in tanto, si riescono a ottenere delle interazioni, registrate da strumenti sensibilissimi. Poi si tratta di calcoli…
Proprio da questi calcoli è emersa la sorpresa: il tempo di percorrenza è troppo basso di 60 nanosecondi (miliardesimi di secondo!). Troppo veloce anche per la luce stessa.

Dicevamo prima della massa. La chiave è un po’ lì: le Relatività non consente che corpi dotati di massa viaggino veloci come la luce, figuriamoci superino questo limite. Si tratta di un elemento importante nella teoria e, anche se non fosse così centrale, la sua negazione metterebbe comunque tutto l’impianto in discussione.
Il dato è vecchio di tre anni ma gli scienziati europei hanno preferito attendere a lungo conferme e correzione ai calcoli prima di renderlo pubblico; un segno di serietà e affidabilità non così comune nemmeno in campo scientifico. Non è un caso, però, che le competenze in Italia ci siano. Il problema, semmai, è farle restare e dar loro modo di esprimersi.
Come sono stati cauti loro nel rendere pubblica la notizia, così dobbiamo essere noi a trarre le conclusioni. L’evento è da confermare, analizzare, smontare, confermare ancora. Il processo sarà lungo e tortuoso. Concluso quello, verrà il momento di dargli un senso: una scoperta del genere, se confermata, mette veramente in discussione l’impianto classico della Relatività e apre scenari interessanti – quasi fantascientifici – completamente nuovi. Senza arrivare ai viaggi spaziali, ci troviamo a una possibile svolta in tutti i sistemi di comunicazione.
D’altronde, scendendo ancora più a fondo, siamo a un confine umanamente non comprensibile: è possibile che si possa trasmettere l’informazione di un evento ancor prima che questo sia accaduto? La porta che si apre è veramente questa…

Ribadisco, però: piedi di piombo… e cautela massima. Non corriamo.
Einstein e la Relatività hanno dalla loro parte centinaia di test validi; la corroborazione della sua teoria è solida e costituisce un disegno dell’universo funzionale e coerente con la maggior parte delle osservazioni. Certo, ci sono piccoli difetti locali… e Feyerabend se mi leggesse verrebbe a prendermi a calci.
Ma esultiamo con cautela, attendiamo molte conferme.
Vero è, dopotutto, che le prove a favore di una teoria non contano nulla di fronte a una singola smentita radicale: così è la scienza. Una teoria non si può mai confermare ma possiamo sempre invalidarla con un solo esperimento. “E’ già successo, succederà di nuovo” (Cit. Data). Questo non ci impedirebbe per usarla a scopi pratici, ovviamente, ma avremmo la coscienza dell’urgenza di trovarne una che soddisfi anche in nuovi test.

Qui si aprono panorami che non so trattare: i neutrini hanno veramente viaggiato a una velocità superiore a quella della luce o, semplicemente, hanno preso una “scorciatoia” nello spazio-tempo einsteniano? Cosa comporta per noi questa capacità inedita dei neutrini?
Seguiremo con attenzione l’evoluzione della materia, ne sono sicuro: la seguirò il più possibile e, quando sarà il caso, vi aggiornerò. Per adesso ci accontentiamo di vivere uno dei momenti più esaltanti della storia della scienza, forse una pagina che, fra un secolo o due, sarà ricordata su tutti i libri di storia come le rivoluzioni del passato.
O forse no. Questo è il bello della ricerca!

 

1000 secondi di antimateria!

La notizia è passata un po’ sottotono in questi giorni di intensa bagarre politica, anche se è strano che i TG allineati al nano non l’abbiano proposta in prima pagina – assieme a qualche importantissima manifestazione culturale da spiaggia – per attirare lì l’attenzione, anziché sui referendum.
ma questo è un altro discorso. Oggi parliamo di fantascienza.
Quasi.
Perché da qualche giorno è molto meno fanta- e molto più -scienza

.

Non si parla ancora di questo, ok, ma ci stiamo avvicinando.

Veniamo ai fatti: al CERN sono riusciti a creare trecento atomi di anti-idrogeno e a mantenerli stabili per circa 1000 secondi, poco più di sedici minuti. Un successo veramente notevole per la fisica contemporanea, sia dal punto di vista tecnologico – il contenimento ha funzionato – sia dal punto di vista della fisica teorica.
facciamo un paio di passi indietro.

Antimateria
Si tratta di materia speculare, composta da antiparticelle, il contrario delle nostre particelle.
Un atomo di idrogeno è composto da un protone e un elettrone: un atomo di anti-idrogeno è composto da un antiprotone e da un positrone (antielettrone).
Dobbiamo la sua teorizzazione a Dirac che assegna a queste particelle i valori negativi emersi dalla risoluzione dell’equazione di Schrödinger; dalla teoria discesero poi conferme sperimentali che attualmente ci consentono di accettare la teoria e utilizzarla nel campo dello studio delle particelle.
L’antimateria è speculare rispetto alla materia; il positrone porta una carica positiva, mentre l’elettrone ne porta una negativa. Similmente, l’antiprotone ha carica negativa e il protone positiva.
Ancor più interessante l’interazione tra materia e antimateria: se vengono a contatto si annichiliscono, ovvero si convertono in energia, distruggendosi. Questo comporta notevoli problemi nel suo studio perché non può esistere se non perfettamente isolata dalla materia. Ma ci arriveremo.
L’interessante della teoria è che, a parte le forme convenzionali come la carica, l’antimateria dovrebbe avere un comportamento identico a quello della materia. Si dovrebbe aggregare in atomi e poter esistere, se parata dalla materia. E’ vero? Funziona realmente così nell’universo? Sono queste le caratteristiche dell’antimateria? Lo studio è in corso e l’obbiettivo è proprio questo. L’affascinante è che l’argomento si ricollega a stretto giro con la natura e la nascita del nostro universo. Se materia e antimateria sono identiche, perché l’universo è composto di materia e non di antimateria? Se la teoria del Big Bang è vera, cosa ha creato questo scompenso iniziale? c’è una differenza di fondo che ha permesso questa “scelta” o è stato solo il caso?
Sappiamo che l’antimateria esiste nel nostro universo, anche se in quantità minima. Nelle fasce di Van Allena se ne accumula un poco, alcuni antiprotoni giungono a noi come prodotto delle reazioni solari. Non ci basta, dobbiamo scoprire perché questa enorme divergenza quantitativa. Perché siamo fatti di materia?

Separazione
Come avrete intuito, è essenziale tenere materia e antimateria separate se le si vuol studiare. Trattandosi di particelle cariche, fin qui si sono adottate tecniche magnetiche ed elettriche; generando i dovuti campi nella zona dove si producono queste particelle è possibile tenerle isolate dalla materia, almeno per un po’. Lo scopo è riuscire ad arrivare a un tempo sufficiente a studiare le interazioni tra queste particelle, tra questi atomi, per capire se rispondo correttamente alla teoria o se il modello è da ricostruire o modificare.
Dice l’articolo di Repubblica al riguardo: “La ‘trappola’ per l’antimateria usata dall’esperimento Asacusa si chiama Cusp e funziona grazie a una combinazione di campi magnetici che costringono antiprotoni e positroni a stare insieme per formare atomi di anti-idrogeno. Gli anti-atomi così ottenuti vengono incanalati in un sorta di “corridoio” vuoto dove i piccoli fasci di anti-idrogeno creati in questo modo possono essere studiati “in volo”“.
Affascinante, indubbiamente. Molto interessante…
E indirettamente utilissimo: come sempre la ricerca sviluppa non solo il suo campo di intervento diretto ma fornisce un contributo tecnologico e indiretto a tutte le aree umane. Basti pensare ai protocolli http, sviluppati proprio al CERN per un più rapido trasferimento delle informazioni all’interno della primitiva rete. Questi esperimenti non si distanziano da quel modello di sviluppo: il loro contributo può essere davvero notevole.

Un po’ di fisica per il primo post a carattere scientifico; c’è voluto del tempo ma alla fine siamo arrivati anche a questo.
Credo che divulgare queste ricerche sia essenziale ben al di là di fare notizia; è importante che tutti comprendano l’utilità della ricerca, in ogni campo. Questo non solo per le ricadute dirette, come dicevo prima, ma anche (forse soprattutto) per quelle indirette. Ricercare mette alla prova e sfida le conoscenze umane, le competenze di questi piccoli ominidi. Ci costringe a fare del nostro meglio e a superarci, ponendoci sfide avvincenti.
Dobbiamo raccogliere queste sfide e vincerle e per farlo serve il sostegno di tutti.