La nascita imperfetta delle cose
La grande corsa alla particella di Dio e la nuova fisica che cambierà il mondo
Guido Tonelli
Rizzoli Editore, 2016
In quel preciso momento, un centesimo di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, si è deciso il nostro destino. In un universo in cui materia e antimateria si equivalevano, e che quindi avrebbe potuto, in ogni istante, tornare a essere pura energia, può essere bastata una leggerissima preferenza del bosone di Higgs per la materia anziché per l’antimateria ed ecco che si è prodotto il mondo che abbiamo sotto gli occhi. “Ecco qua il minuscolo difetto, la sottile imperfezione da cui è nato tutto. Un’anomalia che dà origine a un universo che può evolvere per miliardi di anni.” Se tutto nasce da lì, dobbiamo capire in ogni dettaglio quel momento cruciale, ricostruirlo fotogramma per fotogramma, al rallentatore e da diverse angolature. Per questo al Cern di Ginevra è stato realizzato Lhc, l’acceleratore di particelle più potente del mondo, il posto più simile al primo istante di vita dell’universo che l’uomo sia stato in grado di costruire. Per questo da anni i migliori fisici del mondo lavorano giorno e notte, ai quattro angoli del pianeta. È così che è stata catturata la “particella di Dio”. Ed è per questo che si studia ancora, per capire di più su come tutto questo è nato e su come andrà a finire la nostra storia: se nel freddo e nel buio o in una catastrofe cosmica, che ci darebbe il privilegio di un’uscita di scena assai più spettacolare.
Recensione
Al centro del libro di Tonelli sta la scoperta del bosone di Higgs, più noto al pubblico col nome di “particella di Dio” come si legge nel sottotitolo, nome che l’autore stesso critica nelle ultime pagine. Ma si sa, i titoli non li fanno gli autori.
Per far capire di cosa si tratta a un pubblico generico, nei vari capitoli vengono fornite informazioni sul Modello Standard delle particelle nel quale si colloca il bosone di Higgs. Il Modello Standard delle particelle è l’attuale teoria che descrive in modo efficace e coerente tutto ciò che sappiamo della materia usuale, dei suo costituenti e di tre delle quattro forze fondamentali della natura oggi conosciute: l’elettromagnetica, la forza nucleare debole (quella responsabile dei processi radioattivi) e la forza nucleare forte (quella che tiene insieme i quark, i costituenti di particelle come i protoni e i neutroni). La quarta forza, quella gravitazionale attualmente descritta dalla relatività generale di Einstein, non rientra nel quadro del Modello Standard delle particelle. Ma anche di questa si tratta nel libro, e in particolare del Modello Standard dell’Universo o del Big Bang, nella convinzione che la scoperta del bosone di Higgs possa, prima o poi, gettare nuova luce anche su questa fondamentale interazione e sul suo ruolo nel plasmare l’Universo così come lo vediamo.
Tuttavia, sin dalle prime pagine, il testo rivela un approccio molto diverso dai soliti libri, anche ottimi, destinati alla divulgazione della fisica delle particelle elementari. Il Prologo e i dieci capitoli del libro, con l’eccezione dell’Epilogo, iniziano tutti con una data e con la descrizione di un avvenimento legato a quella data. Di volta in volta, il ricordo di queste vicende restituisce un quadro quanto mai vivo e accattivante della dimensione umana della ricerca scientifica, degli incontri, delle controversie, delle fatiche, della passione e dell’entusiasmo alternati ai momenti di delusione e sconforto. Partendo da queste vicende, in modo naturale, si aprono in ogni capitolo degli excursus sulla fisica, che forniscono gli elementi essenziali per capire, sul versante scientifico, le ragioni dell’immane sforzo che ha condotto a realizzare strumenti di ricerca sempre più imponenti e raffinati come il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra, dove operano i due rivelatori, ATLAS e CMS, protagonisti della storia.
Per farsi un’idea dell’originale narrazione di Tonelli, ne ripercorriamo brevemente i capitoli. Il Prologo, di poche pagine, è ambientato a Stoccolma il 9 dicembre del 2013, alla vigilia cioè della consegna del premio Nobel per la fisica a Peter Higgs e François Englert. Questi sono due dei tre artefici della teoria che nel 1964 previde la nuova particella, il “bosone di Higgs”, mentre il terzo, Robert Brout, morto due anni prima, non poté assistere al successo del suo lavoro.
Nel primo capitolo si torna indietro al 28 novembre 2011: quel giorno Tonelli e Fabiola Gianotti si incontrano con il direttore del Cern, Rolf Heuer, per confrontare i dati dei rispettivi esperimenti (CMS e ATLAS) e avere la quasi certezza di aver rivelato, dopo 47 anni, il “bosone di Higgs”. La comunicazione ufficiale, dopo puntigliose verifiche per nulla banali e in alcuni momenti controverse, avverrà solo il 4 luglio 2012. Si apre quindi un excursus sul Big Bang, sulla materia oscura e l’energia oscura, sottolineando come tutte queste ricerche siano per ora concentrate a capire solo il 5% di ciò che circonda, mentre il restante 95%, fatto appunto di materia oscura ed energia oscura, rimane attualmente avvolto nel mistero: “poche gocce di sapere – scrive Tonelli – sparse in un oceano di ignoranza”.
Nel secondo capitolo si torna a Stoccolma nel luglio 2013, dove Higgs ed Englert partecipano alla Conferenza della Società Europea di Fisica. Sono in molti a pensare che il premio Nobel 2013 possa andare a questi “ragazzi del ’64”, che seguendo strade molto diverse arrivarono a ipotizzare l’esistenza della nuova particella. Segue quindi una trattazione del Modello Standard delle particelle e delle teorie di grande unificazione di tutte e quattro le forze della natura oggi note. Si parla di simmetria, supersimmetria, rottura spontanea di simmetria: nozioni complesse, che tuttavia vengono introdotte con un linguaggio semplice, ricorrendo a metafore e analogie che aiutano la comprensione da parte del lettore.
All’inizio del terzo capitolo siamo di nuovo al CERN nella primavera 1995, quando partono i preparativi per la vera e propria caccia alla nuova particella, e vengono proposte le nuove idee per la costruzione dei rivelatori, idee che per qualcuno sono “da pazzi”. Si apre quindi la pagina scientifica relativa agli acceleratori di particelle, alla loro storia e al loro funzionamento. La fisica è fatta con gli esperimenti, sempre “in bilico – scrive Tonelli – tra il successo clamoroso e il rischio del fallimento”, che danno corpo alla validità o meno di modelli, anche molto affascinanti, ma che senza questa controparte risultano solo delle belle, o bellissime elaborazioni formali. Tuttavia la verifica di modelli o teorie non sempre arriva immediatamente, come dimostra proprio la storia del bosone di Higgs.
L’incipit del quarto capitolo è ambientato a Ginevra il 9 settembre 2008, un giorno prima della partenza di LHC. E racconta dei difficili rapporti che ricerche di questa complessità hanno con la “società della comunicazione”: dalle paure per l’eventualità della creazione da parte di LHC di un buco nero che avrebbe causato la fine del mondo, alla sovraesposizione mediatica dell’inizio di operatività della macchina, fino all’incidente che il 19 settembre, appena 9 giorni dopo l’avvio, porterà all’arresto di LHC per più di un anno. E nelle pagine dedicate agli aspetti scientifici e tecnologici viene dato un magistrale spaccato su come si propongono i nuovi esperimenti e si formano le grandi collaborazioni, passando in rassegna le molteplici attività (dalla ricerca di fondi, alla individuazione delle industrie incaricate delle forniture dei vari componenti) che portano a realizzare queste imprese: viaggi in tutto il mondo; contatti con gruppi privati e pubblici; contributi inaspettati alla riconversione pacifica di arsenali in via di dismissione, da cui ricavare i grandi quantitativi di metallo necessari per la costruzione di alcune parti degli enormi rivelatori. In breve, il lato scientifico, tecnologico, umano, ma anche eroico della ricerca svolta per anni, e che alla fine coinvolge migliaia di ricercatori, tra i quali moltissimi giovani.
Il 30 marzo 2010 è la data con cui parte il quinto capitolo. LHC ha ripreso a funzionare il 23 novembre del 2009, e finalmente quel giorno ci sono le prime collisioni a un’energia (7 Tev) mai raggiunta prima da un acceleratore. “ATLAS e CMS – spiega Tonelli – contano ciascuno più di 3000 membri provenienti da più di 40 Paesi di tutti i continenti”. Ma come guidare tutte queste persone? Con un’organizzazione che farebbe “inorridire i professionisti della decisione, perché assomiglia a un’utopia in marcia, sembra anarchia organizzata”. Vale la pena notare che purtroppo, in particolare nel nostro Paese, queste specificità di un’attività unica nel suo genere sono poco riconosciute. E Tonelli insiste qui particolarmente sul merito dei ragazzi lanciati nella sfida, di cui per altro parla anche in altri punti del libro. Infine si sofferma sull’ethos della scienza, non sempre conforme alle aspettative della società della comunicazione sempre più veloce: è necessario attendere prima di dare per certo un risultato che può rivelarsi una semplice fluttuazione statistica.
Finalmente nel sesto capitolo siamo a novembre 2011 (in particolare l’8 novembre, giorno del compleanno di Tonelli). Sembra davvero che ci sia qualcosa di importante intorno a un’energia di 125 GeV (sarà poi questa energia che verrà confermata come quella equivalente alla massa della nuova particella così a lungo cercata). Ma si apre un periodo di frenetico lavoro, in cui si alternano speranze e delusioni. E nel bel mezzo scoppia il caso dei neutrini “superluminali” (quelli del famoso “tunnel” del ministro Gelmini). Partendo da questo caso, Tonelli introduce una serie di riflessioni, interessanti e istruttive, sui rischi di ricerche così complesse quando si pretende, per varie ragioni non tutte meritorie, di voler comunicare a tutti i costi un risultato senza attenersi a principi base del metodo scientifico, declinato nell’ambito delle grandi collaborazioni odierne. Pagine su cui non solo il pubblico generico, ma anche la classe dirigente farebbe bene a meditare.
Il capitolo sette inizia dal 28 novembre del 2011, il giorno dell’appuntamento di Tonelli e Gianotti, i due portavoce di CMS e ATLAS, con il Direttore Generale del Cern. Fino a quel momento non si sono mai scambiati i dati dei loro esperimenti, e scoprono che entrambi vedono qualcosa di significativo a 125 GeV. Le pagine seguenti ripercorrono quindi i sette mesi che porteranno il 4 luglio 2012 all’annuncio ufficiale della scoperta. Vale la pena notare che uno dei capisaldi della scienza moderna, quella nata dalla rivoluzione scientifica, è la riproducibilità dei risultati da parte di esperimenti indipendenti. Ora di LHC ce n’è uno solo. Per rispettare questo dettato ineliminabile del metodo scientifico, i vari esperimenti che si svolgono sull’acceleratore sono stati volutamente messi in competizione tra loro e mantenuti indipendenti: ATLAS e CMS non sapevano niente l’uno dei risultati dell’altro fino all’incontro del novembre del 2011. E così sarà anche per le successive fasi di verifica e presa dati. È il solo modo per ottenere davvero risultati scientificamente solidi.
La data con cui parte l’ottavo capitolo è il 29 ottobre 2012. Tonelli fa visita quel giorno a una comunità per la cura e riabilitazione di persone con disturbi mentali a Verdello, vicino Bergamo. Gli ospiti della comunità avevano visitato il CERN qualche mese prima e avevano invitato Tonelli a visitare la loro comunità. Dall’esperienza umana, che sottolinea la popolarità che i risultati delle ricerche hanno via via acquisito, l’autore passa a domandarsi “Cosa abbiamo davvero trovato?”. Per capire se la nuova particella abbia tutte le proprietà di quella cercata sono necessarie ancora verifiche. Sciolte le potenziali anomalie nel corso dei mesi successivi al primo annuncio del 4 luglio 2012, si arriva a concludere che la particella trovata è proprio quella cercata e al conferimento del Nobel per la fisica del 2013 a Englert e Higgs. La seconda parte del capitolo si concentra quindi sulle conseguenze della scoperta, e in particolare su questioni relative all’origine dell’universo. Insomma forse “la corsa verso la fisica del futuro è già cominciata”, conclude l’autore.
Il capitolo 9 prende spunto da una visita al CMS il 18 gennaio 2011 di Tronchetti Provera, amministratore delegato della Pirelli, per trattare il tema dei costi della ricerca nella fisica delle alte energie, e per passare in rassegna i progetti di futuri acceleratori, che coinvolgono in particolare Europa, Cina e Giappone.
L’ultimo capitolo racconta l’incontro, avvenuto al CERN il 3 giugno del 2009, tra Tonelli e John Ellis, membro autorevole della divisione teorica del CERN, e una delegazione vaticana. È qui che appare la critica dell’autore al nome “la particella di Dio”. L’incontro offre l’estro all’autore di affrontare da scienziato una serie di questioni che i nuovi scenari cosmologici, dove l’ultra-piccolo incontra l’ultra-grande, pongono alla riflessione teologica.
Per concludere, un bel libro che si legge come un romanzo avvincente. Uno stimolo ai giovani, come si legge nella chiusa dell’Epilogo, a occuparsi di fisica, e in generale di scienza della natura, a essere autonomi e coraggiosi nelle loro scelte, ad accettare con entusiasmo la fatica della ricerca, a saper vincere le difficoltà e le delusioni, anche perché dietro l’angolo può nascondersi quel piccolo o grande risultato che apre nuovi scenari alla conoscenza.
Giulio Peruzzi
È professore associato di Storia della Fisica del Dipartimento di Fisica di Padova.
