Conferenza a Cinema Zero: Particelle elementari, materia, ed energia oscura

Oggi molte classi del nostro liceo hanno partecipato alla conferenza del docente di fisica Antonio Masiero dell’università di Padova su argomenti e problemi di fisica moderna come le particelle elementari e l’energia oscura, di recente venuti alla ribalta anche grazie alla pubblicazione del lungo esperimento nell’LHC di Ginevra (in cui sembra che alcuni neutrini vadano più veloci della luce). Pur trattando argomenti assai complessi, ascoltare il professor Masiero è stato molto piacevole, grazie alla sua esperienza di divulgatore affermato e alla recente richiesta di tenere alcune lezioni di fisica (molto qualitative e con il solo ausilio di formule elementari) per gli studenti iscritti alla facoltà di filosofia di Padova.

La conferenza è iniziata ricordando ad un grande filosofo greco, Democrito, che quasi 25 secoli fa introdusse due concetti ancora oggi fondamentali: quello di “atomo”, cioè il mattone inscindibile dell’universo, e il concetto di nulla, di vuoto.

La domanda che i fisici moderni si stanno ponendo da diverso tempo è se sia possibile ridurre la molteplicità dell’universo a dei mattoncini fondamentali. Per rispondere il professore ha ripercorso le scoperte più importanti della fisica moderna da Newton a Galileo, fino a arrivare a Maxwell e le sue equazioni, ad Einstein, alla meccanica quantistica e all’elenco delle quattro forze fondamentali che governano l’universo:  la forza di gravità, la forza nucleare debole, la forza nucleare forte, e la forza elettromagnetica. Ognuna di queste forze a sua volta ha un mediatore o messaggero: il fotone, il gluone, il bosone di Gauge, e il gravitone (mai osservato, ma si ipotizza la sua esistenza, è un fondamento della teoria delle stringhe).

Come possono esserci quattro forze fondamentali? Perché non una o cinque? Einstein impiegò senza successo gli ultimi trent’anni della sua vita a cercare queste risposte, credendo al fatto che “Dio non gioca a dadi” e quindi ci dovesse essere un disegno di fondo in grado di rendere chiare e giustificabili le leggi macroscopiche della natura. Ad esempio, perché in natura esiste l’elettrone e il Tau e il muone che sono identici ma hanno pesi diversi? Non è logico. Molti fisici credono infatti, che queste particelle “ultime” siano solo aggregazione di stati ancora più infinitesimi della materia. E tutta la fisica del Novecento si è spinta in questa direzione, cercando Una grande teoria unificata del tutto (TOE, teory of everything). Molti passi sono già stati compiuti, come l’unificazione della forza elettromagnetica e della forza nucleare debole come unica forza elettrodebole. Più complicato si rivelerà l’unificazione della gravità (che paradossalmente è la prima forza che l’uomo ha “conosciuto” scientificamente) e la forza nucleare forte.

Grazie a questi progressi già negli anni Ottanta si è iniziato a pensare ad una teoria che si possa candidare come TOE, cioè la teoria delle stringhe o superstringhe, recentemente rinominata, dopo la sua parziale riformulazione, M-teoria (la lettera M potrebbe stare per membrane, visto che si ipotizzano della membrane a p-dimensioni come fondamenti del cosmo; o semplicemente teoria del mistero). Questa teoria ha fatto negli ultimi anni dei passi da gigante arrivando ad unificare le quattro forze fondamentali prima citale in un universo a 11-13 dimensioni (a seconda delle varianti).

Dopo questo lungo elenco di scoperte e teorie fisiche anche ultra-moderne il professore ritorna a Democrito e al suo atomo. Se il filosofo credeva che l’atomo fosse l’elemento ultimo e fondamentale della materia come è possibile che ad oggi siano conosciute 12 particelle ultime? Questo è ancora uno dei quesiti profondi della fisica, che però si spera di risolvere con i nuovi super acceleratori, i quali riescono a ricreare per milionesimi di secondo temperature simili a quelle di alcuni secondi dopo il big bang e che forse ci permetteranno di capire i processi di nucleosintesi.

Nell’ultima parte della conferenza si è parlato di materia oscura (non emette radiazioni) che compone oltre l’85% del nostro universo. Questa materia non è fatta dei 12 mattoni elementari, non è barionica e per ora non se ne sa nulla. Quindi, nonostante tutte le nostre teorie, rimaniamo ancora profondamente ignoranti sul mondo che ci circonda, tanto da conoscerne solo la punta dell’iceberg che affiora dall’acqua. Per dimostrare ciò Masiero ha posto alla platea una semplice domanda: se viene lanciato un sasso in aria ricade? Dopo una prima incertezza un timido ragazzo risponde affermativamente. Se ragioniamo qualitativamente questo è ovvio: il sasso lanciato sale, si ferma e poi per effetto della forza di gravità comincia a precipitare. L’espansione dell’universo però dagli ultimi dati non avviene in questo modo, anzi è all’inverso. Più si allontana dal centro da cui è stato sparato fuori e più accelera. Questo esempio fa capire che le leggi che noi applichiamo per la nostra vita ogni giorno forse non valgono per le distanze siderali. Questo fenomeno si potrebbe spiegare grazie al turbinio quantistico che a dimensioni sotto la grandezza di Plank (10 alla -33) governano lo spazio-tempo.

Quindi Democrito (“colui che il mondo pose a caso”) ha premesso dei fondamenti, come il concetto di atomo, che non sono ancora stati trovati, ma grazie alla ricerca e ai nuovi acceleratori (che il docente ha ripetuto più volte di andare a visitare) si può tentare di studiare la veste di fondo del nostro universo, che tutti i fisici del mondo immaginano elegante e semplice.

Mi piace concludere esplicitando il pensiero più volte sottolineato dal docente durante le due ore e che secondo me è il messaggio della conferenza: fare fisica vuol dire confrontarsi ogni giorno con dilemmi irrisolti, con una continua sperimentazione, senza scoraggiarsi o rifugiarsi in facili dogmi indimostrabili; le qualità di un fisico (che tutti noi dovremmo possedere) sono la lungimiranza, la caparbietà, il mettersi in discussione e non la semplice capacità di applicare una formula imparata a memoria per prendere sei in un compito.

Nicolò Pattanaro

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One thought on “Conferenza a Cinema Zero: Particelle elementari, materia, ed energia oscura

  1. La cosmologia “occulta” della materia oscura e dell’energia oscura deve andare a casa, e alla svelta.

    Con un 95% e fischia di oggetti che non si vedono, l’Universo “ufficiale” ha infatti più a che fare con l’occultismo che con la razionalità.

    MA COME SI FA A DAR FIDUCIA AD UN AMMINISTRATORE CHE È IN GRADO DI RENDER CONTO DI MENO DEL 5% DEL PATRIMONIO AMMINISTRATO, SENZA CONSIDERARLO POCO COMPETENTE?

    Mah, chi lo sa.

    Ciao.

    Leo.

    http://rinabrundu.files.wordpress.com/2012/06/lavvocato-hubble-e-la-presunta-espansione-delluniverso.pdf

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