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L'Unione fa la Forza:
intervista al Premio Nobel David Gross


 
 

David Gross, premio Nobel per la Fisica nel 2004 per la scoperta della Super-simmetria
 
 

a cura di Maurizio Melis

Il traguardo più alto a cui punta la fisica, da Einstein in avanti, è la Grande Unificazione. Espressione che cela il tentativo di ricondurre tutte e 4 le forze note in natura, e quindi anche le equazioni che le descrivono, a una sola forza e a una sola equazione fondamentale: qualcosa che potremmo definire "Teoria del Tutto".

L'idea di fondo è che il quadro fisico oggi noto, composto da una novantina di particelle elementari e quattro forze (elettromagnetica, nucelare forte, nucleare debole e gravitazione), sia una sorta di paesaggio che emerge dal "raffreddamento" di un componente più semplice ed elementare. Concettualmente, è simile a ciò che accade all'acqua quando, congelando, forma stalattiti, iceberg, lastre di ghiaccio e fiocchi di neve: oggetti apparentemente diversi, ma tuttavia costituiti da uno stesso elemento e tenuti assieme dallo stesso legame chimico. E' sufficiente innalzare la temperatura per ricondurre tutte queste forme diverse allo stesso, ben noto liquido.

La difficoltà, nel caso dei costituenti dell'Universo, è che questi "si sciolgono" a temperature (sarebbe più corretto parlare di energie) estremamente elevate, per avvicinarsi alle quali sono necessari esperimenti complessi e costosi come l'LHC. Inoltre, ogni forza si "fonde" con le altre a una temperatura diversa.

Le attuali capacità tecnologiche e conoscenze teoriche ci situano a tre quarti del percorso. La forza elettromangnetica e le due forze che agiscono all'interno dei nuclei atomici sono state unificate: sfugge solo la gravitazione, e su questa sono concentrati gli sforzi dei fisici teorici e sperimentali. Tuttavia la gravità è profondamente diversa dalle altre tre forze, e l'impresa di ricondurla a uno schema comune si sta rivelando difficilissima.

Ma perché la fisica va in questa direzione? Lo chiediamo a David Gross, premio Nobel per la fisica nel 2004 e scienziato tra quelli che più hanno contribuito a questa discussione.


Ascolta l'audio dell'intervista

Dunque Gross: perché i fisici ritengono che solo riunificando le 4 forze potremo affermare di aver compreso in profondità la natura dell'Universo?

Beh, un po'è la lezione della storia, infatti direi che è a partire da Newton che i fisici cercano l'unificazione. Per Newton la realizzazione di questo obiettivo - con il famoso esperimento della mela - consistette nel riconoscere che la forza che faceva cadere la mela dall'albero, e quella che manteneva la Luna in orbita intorno alla Terra, erano in realtà la stessa forza. E questa fu la prima unificazione. Maxwell, più tardi, grazie ai lavori di Faraday, capì che elettricità e magnetismo, fenomeni apparentemente del tutto diversi, erano invece manifestazioni di un'unica forza: l'elettromagnetismo: questo fu il primo caso di unificazione di forze diverse. D'altronde, in un certo senso, tutta la scienza di base è una ricerca di principi semplici e costituenti semplici capaci di spiegare una vasta schiera di fenomeni fisici differenti.
Questo approccio "riduzionista" della scienza ha avuto grande successo in passato, e ancora oggi ci sono indicazioni che ci spingono in questa direzione: una direzione che, perciò, dobbiamo seguire.
E ancora una volta, credo che così facendo avremo successo. Credo cioè che riusciremo a trovare una teoria più essenziale, e in un certo senso più semplice delle teorie attuali, che dimostrerà come le quattro forze conosciute siano in realtà una sola forza.
La strada per arrivare a questo risultato è complicata, e anche la teoria unificatrice, per ora, appare molto complicata, ma quando avremo un una teoria definitiva, sarà una teoria semplice.

Attualmente i fisici che si occupano di unificazione sono fortemente focalizzati sullo studio del vuoto. Capire questo vuoto sembra diventato decisivo. Tanto che lei fa spesso una battuta: dice che i fisici non stanno studiando niente. E infatti studiano il niente. Perché?

Bah, forse è perché non ce ne siamo accorti… [ride]
Scherzi a parte: anzitutto dobbiamo partire dal fatto tutte le particelle dell'Universo sono in un certo senso piccole fluttuazioni, perturbazioni del vuoto. Parlo delle stesse particelle di cui siamo fatti noi, per cui si capisce che attribuiamo molta importanza a questi piccoli blocchetti di materia. Ma in realtà, gli stessi atomi sono fatti in gran parte di vuoto, e di particelle tenute assieme da forze che solo a loro volta piccole increspature di questo vuoto. Tuttavia, quando cerchiamo di indagare alcune proprietà nascoste, non ovvie, di queste particelle, vediamo che sono correlate al vuoto, a questo medium di cui non sono altro che piccole fluttuazioni.
D'altronde già nei primi fenomeni che sono stati esplorati, come appunto l'elettromagnetismo, fu chiaro che il vuoto giocava un ruolo molto importante: un ruolo attivo.

Certo che i fisici hanno problemi col vuoto da sempre…

Hanno problemi a fare il vuoto, a crearlo in laboratorio…

Veramente stavo pensando alla questione dell'Etere, quando per spiegare la propagazione della luce, a fine '800, si pensava che lo spazio fosse pervaso da questo mezzo estremamente trasparente, rigido e impalpabile allo stesso tempo: insomma, una discreta assurdità …

Sì, in effetti direi che è un ottimo esempio del tentativo dei fisici di attribuire delle proprietà al vuoto. E' così; è vero, il vuoto ha una storia molto lunga. D'altronde non c'è nulla di strano, il vuoto è il backgroung, il palcoscenico su cui il gioco si svolge. E per capire il gioco bisogna prima capire il campo di gioco.

Quello che stiamo imparando, però, è proprio che la vecchia concezione di spazio come una specie di palcoscenico immutabile e, per così dire, "neutrale" rispetto ai fenomeni fisici, non regge. Ancora non sappiamo con quale nuova concezione dovremo sostituire la vecchia, ma le chiedo: in che senso la vecchia idea di spazio non sta più in piedi?

Magari lo sapessi… Vede, spazio e tempo sono fenomeni molto complessi. Impieghiamo circa due anni a metabolizzare il senso dello spazio, da bambini; a costruirci un'idea mentale di cosa sia lo spazio. E' un'impresa molto difficile, perché in realtà noi non sperimentiamo lo spazio direttamente. Direi anzi che lo spazio è il primo esempio di modello fisico: un modello che ogni essere umano ricostruisce da zero, per se stesso, a partire dalle proprie percezioni. D'altronde ogni bambino deve necessariamente costruirsi e imparare a manipolare un modello mentale dell'Universo in cui vive, o non potrebbe nemmeno fare le cose più ovvie, come camminare. Di questo modello fa appunto parte lo spazio, il quale è di sicuro un concetto molto utile, un concetto che ci aiuta a descrivere l'Universo, ma questo non significa assolutamente che debba sottendere una realtà fisica.
Ciò che ormai ci è chiaro, è che il modello di spazio di cui disponiamo è un buon modello per descrivere gli oggetti macroscopici. Ma quando provate a usarlo per descrivere strutture microscopiche, a scala molto, molto piccola, non funziona più. Quindi c'è per forza qualcosa di sbagliato.
Una delle difficoltà è che questi fenomeni microscopici di cui parlo non sono osservabili direttamente, servono esperimenti molto complessi, e comunque si deve ricorrere a osservazioni indirette, ma credo che alla fine sapremo rispondere a questa domanda: quale sia, cioè, il modo corretto di descrivere i fenomeni a scala molto piccola. Il sospetto è che il modello di spazio che ne verrà fuori, il più naturale per descrivere l'Universo su scala microscopica, sarà molto diverso da quello che usiamo attualmente per descrivere il mondo macroscopico.

 

 

 

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