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La lunga interruzione che questo blog ha subito è, come si dice in questi casi, "indipendente dalla mia volontà". Cercando di ricominciare a coltivare questa conversazione – che vorrei fosse un po’ più interattiva, ma forse è la complessità dei temi discussi a rendere la cosa difficile – mi sembra necessario rompere il ghiaccio con una barzelletta. Più precisamente, una barzelletta di cui noi fisici facciamo le spese. È un vecchio classico, perciò alcuni di voi l’avranno già sentita: spero di riuscire comunque a strappare anche a loro un sorriso.
Ecco la versione riportata da Wikipedia:
"La produzione di latte in una fattoria era così scarsa che il fattore scrisse all’università più vicina chiedendo aiuto. Fu formato un gruppo interdisciplinare di docenti, guidato da un fisico teorico, e per due settimane tutto il gruppo condusse intense ricerche sul luogo. Gli studiosi tornarono poi all’università, con i taccuini gonfi di dati. Il compito di redigere il rapporto fu affidato al direttore del gruppo. Poco dopo il fattore ricevette il testo, lo aprì, e lesse la prima riga: Data una mucca sferica nel vuoto…"
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"Prof, ma che cos’è, l’energia?" Siamo in aula e stiamo discutendo alcuni problemi di fisica sulla conservazione dell’energia. Finora le domande che gli studenti mi hanno fatto, questa mattina, o che io ho fatto a loro, sono state del tipo: Come si fa in questo caso?, oppure: Quando posso applicare questa relazione piuttosto che quest’altra? Ma immaginavo che prima o poi a qualcuno sarebbe venuto in mente di porre la Madre di Tutte le Domande sull’energia. Me lo aspettavo, ci contavo, perfino. Se non la facevano loro a me, prima o poi la facevo io a loro. Perché sull’energia abbiamo detto già molte cose, ma non ne abbiamo mai dato una definizione. Abbiamo le "formule", naturalmente. Sappiamo applicarle. Ma l’energia alla fine, che cos’è?
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Nell’ultimo post ho parlato del significato delle scoperte scientifiche e della radice profonda del nostro bisogno di esplorare l’Universo. Ho citato la scoperta delle leggi dell’elettricità e l’invenzione del laser. Poi mi sono detto: Ma questa è roba vecchia. Quali sono le scoperte della fisica dei nostri giorni? Dove si fanno, le scoperte, oggi?
Ho provato allora a immaginare una lista delle mie scoperte preferite fra quelle più recenti e fra quelle che speriamo di sentire annunciare nel prossimo futuro. Quelle che non si fa mai in tempo a trattare a scuola, e che i testi divulgativi presentano spesso in maniera confusa. E mi sono accorto che ci sono scoperte e scoperte e che non tutte appartengono alla stessa categoria. Ma partiamo dall’inizio…

Una delle mie scoperte preferite non è molto recente, ha un quarto di secolo. Ero uno studente di fisica e l’emozione di quei giorni ha dato un significato speciale agli argomenti che cominciavo a studiare. In certi film americani un personaggio chiede all’altro, Ti ricordi dov’eri quando hanno sparato a Kennedy? Noi, oggi, potremmo domandarci: Ti ricordi dov’eri quando sono crollate le Torri Gemelle? Per un fisico italiano della mia generazione potrei proporre — scherzosamente ma non troppo — la domanda: Ti ricordi dov’eri quando hanno dato il Nobel a Carlo Rubbia? (Io sì, me lo ricordo.)
Era il 1984. Di solito i premi Nobel arrivano con lentezza: Albert Einstein aspettò sedici anni prima di ricevere il suo. (No, non per la teoria della relatività.) Quell’anno non fu così. Carlo Rubbia e Simon van der Meer ricevettero il premio Nobel per la Fisica del 1984 per una scoperta avvenuta soltanto l’anno prima. Ma si trattava di una scoperta così decisiva che la sua importanza fu immediatamente chiara a tutta la comunità scientifica.
Nel 1983, al Super Proton Synchrotron del CERN, a Ginevra, un gruppo di più di 100 ricercatori guidato da Rubbia ottenne la prova sperimentale dell’esistenza di tre particelle elementari mai osservate prima, i bosoni vettori intermedi W⁺, W^- e Z⁰. In questi casi si parla spesso di "particelle subatomiche": eppure un solo bosone vettore pesa più di un intero atomo di ferro! La loro massa è così grande che per crearli è stata necessaria concentrare una enorme quantità di energia: una concentrazione di energia simile a quella presente quando l’Universo aveva soltanto un miliardesimo di secondo e la sua temperatura era di circa un milione di miliardi di gradi. Nello SPS del CERN furono ricreate quelle condizioni: e come risultato, in a piccola percentuale degli eventi realizzati, apparve la traccia sfuggente, ma inconfondibile — in gergo la chiamiamo la firma — della Z⁰.
La Z⁰ non è una particella stabile. La sua vita media è molto breve: circa 10^-25 secondi, un tempo che a un raggio di luce non basterebbe nemmeno per attraversare un nucleo atomico. In così poco tempo la particella non fa in tempo a lasciare alcuna traccia diretta di sé. Quelle che osserviamo sono le particelle prodotte dalla sua disintegrazione.
Proprio come nel diagramma qui a fianco: state guardando lungo il tunnel principale del CERN, in uno dei punti in cui avvengono gli urti nei quali sono create le nuove particelle. Come facciamo a sapere che in questo caso è stata creata una Z⁰? Dal centro del tunnel si allontanano due tracce che il computer disegna in colore azzurro. (Mi piacerebbe potervi dire che sono azzurre, ma non è così…) Le particelle attraversano le pareti del tunnel e sfuggono lontano: ma prima fanno scattare dei rivelatori. C’è un segnale giallo e un segnale violetto per ciascuna particella, e la grandezza del segnale ci indica l’energia della particella stessa. Se sommiamo l’energia delle due particelle troviamo il valore della massa della Z⁰: una Z⁰ si è prodotta e si è subito disintegrata in due muoni, schizzati via in direzioni opposte alla velocità della luce.
Quando si impara a leggere questo diagramma, si riesce quasi a vederla, la Z⁰…

Perché questa scoperta è così importante? Perché non è avvenuta a caso. La particella era esattamente dove doveva essere.
Nel 1846 l’astronomo Johann Gottfried Galle, seguendo i calcoli di Urbain Le Verrier, scoprì il pianeta Nettuno. Il cielo notturno è molto grande. Ma Le Verrier, studiando le piccole deviazioni di Urano dall’orbita prevista, aveva calcolato la traiettoria dell’ipotetico pianeta responsabile di quelle deviazioni e aveva previsto la posizione di Nettuno in quel periodo dell’anno. E Nettuno era proprio lì, ad appena 1° di distanza dalla posizione calcolata da Le Verrier. Gli occhi della teoria erano stati letteralmente capaci di catturare l’invisibile.
Tra la fine degli anni 1960 e gli anni 1970, Steven Weinberg, Sheldon Glashow e Abdus Salam avevano proposto una nuova teoria per spiegare il comportamento delle particelle subatomiche fino ad allora scoperte. La loro teoria (che oggi chiamiamo Modello Standard) faceva però qualcosa di più: introduceva tre nuove particelle e prevedeva le loro masse. Nel 1983 Rubbia sapeva in quale intervallo di valori della massa cercare. E in quell’intervallo fra tutti gli intervalli possibili, esattamente con le proprietà previste, c’erano proprie le tre nuove particelle: Z⁰, W⁺ e W^-.
Forse ora capite il motivo della mia emozione da giovane studente di fisica. Una teoria, che io cominciavo a capire, era capace di "indovinare" l’esistenza di particelle che nessuno aveva mai visto prima. Questo voleva dire che la teoria era giusta. Che attraverso di essa era la realtà stessa che riuscivamo a intravvedere: una realtà fatta di oggetti lontanissimi, che esistono per tempi incredibilmente brevi e concentrano nelle proprie masse un’energia straordinaria. Una realtà remota dalla nostra esperienza: ma che la nostra teoria riusciva a toccare.
(Un po’ di emozione veniva anche, lo confesso, dalla notizia del premio Nobel assegnato a un italiano…)

Per me, scoperte come quella di Nettuno o dei bosoni vettori intermedi sono trionfi. L’obiettivo della fisica è scrivere le leggi della Natura. Ma una legge non ha alcun valore se si limita a formulare in un altro linguaggio, magari matematicamente più elegante, qualcosa che sappiamo già. Quello che pretendiamo è che le leggi ci permettano di scoprire qualcosa di nuovo, di vedere l’invisibile. Quando ci riusciamo, abbiamo la sensazione di avere fatto ciò che Einstein disse di voler fare: dare un’occhiata alle carte di Dio. Afferrare uno dei segreti che la Natura custodisce gelosamente.

Nel raccontare questa storia ho citato spesso il CERN, il grande centro di ricerca internazionale con sede a Ginevra. Molti di voi si ricorderanno che il CERN è stato al centro delle cronache di tutto il mondo nel settembre scorso. Qualcuno magari si starà anche chiedendo: A proposito, ma che fine ha fatto…?
Il 10 settembre 2008 al CERN è stato acceso il Large Hadron Collider, l’ultimo e più potente erede delle macchine con le quali Rubbia e gli altri scoprirono la Z⁰. LHC si spinge ancora oltre, raggiunge temperature più alte di quelle, si avvicina ancora di più a ricreare le condizioni esistenti nelle prime frazioni di secondo di vita dell’Universo. Quando all’inizio scrivevo delle scoperte che mi piacerebbe vedere annunciate nel prossimo futuro, pensavo in primo luogo a LHC. A dir la verità, a settembre credevo che oggi, con un po’ di fortuna, mi sarei potuto trovare a raccontarle come già avvenute, quelle scoperte. Ma LHC ha fatto una cosa che fanno le lampadine e i frigoriferi, ma che chissà perché non ci si aspetta che possa accadere a uno strumento così sofisticato: si è rotto. Un contatto realizzato male ha provocato un’esplosione nel serbatoio di elio liquido di uno dei giganteschi magneti a superconduttore. È stato necessario fermare tutto e svuotare i serbatoi. L’esplosione ha anche contaminato il tunnel principale con della fuliggine. Ve lo immaginate? Il più straordinario strumento scientifico della storia, sporco di fuliggine?!?
In ogni caso, ci tocca aspettare. Se tutto va bene (incrociate le dita, per favore), si riparte a settembre. Allora ricomincerà la caccia alla prossima scoperta. Come venticinque anni fa, cerchiamo una particella prevista dal Modello Standard. Allora era la Z⁰, oggi si tratta del bosone di Higgs. Ci sono delle somiglianze, come vedete. Ma anche delle differenze profonde. E la scoperta del bosone di Higgs, se scoperta sarà, avrà un significato e un sapore molto diversi da allora.

Però, tanto per cambiare, ho scritto troppo. Bisogna che rimandi la conclusione a un’altra volta…

Per approfondire:

La pagina di Wikipedia sui bosoni vettori intermedi.

Il sito del CERN rivolto al pubblico.

L’immagine della prima osservazione di una Z⁰.

Un lettore, che si firma Rick, ha commentato il post sul Laser Lunar Ranging con il seguente messaggio:

ok per la teoria di Einstein, ma penso che siamo pronti per andare ancora oltre: http://www.theresonanceproject.org/research.html
http://www.theresonanceproject.org/pdf/origin_of_spin.pdf

Questo episodio mi offre l’occasione per fare qualche considerazione generale sui criteri che intendo seguire nel lavoro di ricerca e documentazione per i miei post, e nella scelta delle fonti da pubblicare. Credo che queste considerazioni possano essere utili soprattutto ai giovani che consultano la rete e, imbattendosi in ogni sorta di materiale, non sanno come valutarne la attendibilità.

La scienza è un’impresa collettiva che cresce grazie al contributo e alla critica di tutti coloro che fanno parte della comunità scientifica. Ogni ricercatore può e deve sottoporre il proprio lavoro all’esame e alla critica di tutti gli altri. Questo processo ha luogo attraverso la pubblicazione di articoli sulle riviste scientifiche, articoli che devono essere esaminati da arbitri indipendenti ed esperti del settore prima di essere pubblicati. In attesa della pubblicazione su una rivista specializzata — o anche in maniera indipendente da una simile richiesta di pubblicazione — i ricercatori possono comunicare fra loro molto velocemente sull’archivio informatizzato dei preprint, disponibile a tutti all’indirizzo:
lanl.arxiv.org/
Gli articoli sottoposti allo ArXiv, se rispettano alcune elementari regole di correttezza e rintracciabilità, sono disponibili in pochi giorni a tutti coloro che vogliano consultarli, esaminarli, criticarli, eventualmente confutarli.

Il punto essenziale è che il processo è aperto a tutti ed è trasparente. Non ci sono discriminazioni di razza, religione, opinione politica, appartenenza nazionale o accademica. Non ci sono "congiure del silenzio" e non sarebbe nell’interesse di nessuno metterne su una. Ogni volta che un ricercatore formula una proposta promettente, che apre nuovi orizzonti di indagine, un gran numero di scienziati e di laboratori si affretta a prenderla in esame, nella speranza di partecipare a una scoperta più o meno importante. Un particolare ricercatore può ignorare gli articoli di un altro ricercatore: ma in questo modo non fa altro che concedere un vantaggio competitivo a tuti gli altri ricercatori che si occupano dello stesso problema, e che lavorano nei paesi più diversi, finanziati dalle più diverse istituzioni.

Cosa fare, allora, quando si riceve notizia di un contributo di cui non si può valutare direttamente la validità? Attraverso Internet chiunque lo voglia può rendere disponibili a tutti, almeno in via di principio, le proprie idee. Come fare a controllare se si tratta di idee attendibili?

In ultima analisi, la risposta è: se davvero si vuole controllare la validità di una affermazione, non si può fare altro che studiare quel ramo di indagine fino a padroneggiarne i metodi e i risultati già accertati, per poi esaminare l’articolo in questione e valutarlo personalmente. In via di principio non c’è altra strada. Nessuna autorità costituita può stabilire per mio conto la validità di un risultato scientifico. Nessun elenco di titoli accademici può rendere automaticamente attendibile un articolo o la sua confutazione. La scienza è un processo profondamente democratico.

Naturalmente, ciascuno di noi può svolgere un’operazione simile soltanto su un campo di ricerca molto ristretto, perché il processo che ho descritto richiede moltissimo lavoro. Ma, se non posso compierlo io su un particolare articolo, ho una ragionevole fiducia che altri possano farlo. E che la competizione "virtuosa" fra i ricercatori farà sì che ogni elemento utile finisca prima o poi per emergere.

Così, la prima cosa che faccio quando cerco materiale su un argomento, è consultare i siti come ArXiv o le istituzioni scientifiche internazionali. Spesso è sufficiente una ricerca un po’ accurata con un buon motore di ricerca. Uno scienziato serio sa che deve sottoporre il proprio lavoro all’esame di tutti gli altri nelle sedi pubbliche che esistono da secoli a questo scopo. Un lavoro ben fatto, che contiene elementi utili, sarà notato da altri, citato, diffuso. Le idee si propagano con prontezza.

Questo è quello che ho fatto nel caso del lavoro che Rick ha sottoposto alla mia attenzione. Non sono riuscito a trovare una sola fonte indipendente dall’autore che ne valuti il lavoro. Il nome dell’autore non porta ad alcun risultato negli archivi di ArXiv. Le pagine web che parlano del suo lavoro sono in qualche modo legate a lui o realizzate da suoi collaboratori. Anche il gruppo di redazione di Wikipedia, avendo raggiunto come me un risultato negativo, ha deciso di cancellare la pagina dedicata all’autore in questione.

Questo vuol dire che l’articolo citato è privo di valore? Non necessariamente. È soltanto molto probabile che non contenga nulla di utile. Se l’autore crede nel proprio lavoro, deve soltanto pubblicarlo nelle sedi opportune e sollecitare la critica degli specialisti dello stesso ramo. Quando questo processo sarà avviato, sarò ben lieto di darne notizia.