Lo studio della struttura intima della materia nacque circa 3000 anni fa, quando si iniziò a pensare che esistessero mattoni fondamentali della materia, particelle indivisibili. Da ciò scaturì il concetto di atomismo che si sviluppo però solamente come parte della filosofia, seppur con un crescente apporto meccanicista alle leggi di natura. Ma a partire dai primi decenni del ‘900 è bastato meno di un secolo per sviluppare le conoscenze di fisica particellare integrate nel cosiddetto Modello Standard.
Gli esperimenti con gli acceleratori hanno dimostrato in maniera inconfutabile che i modelli matematici sono in grado di prevedere i risultati delle sperimentazioni in maniera straordinariamente accurata. Si è scoperto che l’universo particellare è governato da complesse leggi meccaniche il cui rigore è riscontrabile nelle scoperte che ormai ogni giorno vengono effettuate presso gli acceleratori di tutto il mondo.
Grazie alla conferma epocale dell’esistenza del bosone di Higgs, ipotizzato fin dal 1964 e rilevato nel 2012, oggi gli scienziati sono in grado di spiegare un’importante serie di fenomenologie fondamentali che hanno a che vedere con la natura e la struttura degli atomi, a cominciare dalla ragione per la quale gli elettroni, proprio perché dotati di massa, creano una specie di “nuvola” attorno al nucleo atomico, la ragione per la quale i neutroni hanno una massa maggiore dei protoni e la ragione per la quale il neutrone tende a decadere mentre il protone rimane stabile. Si è quasi unanimemente certi, dunque, che il bosone di Higgs stia alla base dell’esistenza dell’Universo e di noi stessi.
Le nuove sfide della fisica contemporanea
In questo ultimo decennio svariati modelli più o meno creativi di fisica teorica sono stati proposti al fine di spiegare alcune delle fenomenologie osservate e di predire l’esistenza di particelle non ancora scoperte sperimentalmente. Infatti, sebbene le misurazioni siano state finora in linea con le previsioni fatte dal Modello Standard, se in futuro dovesse emergere una discrepanza, questo potrebbe significare che ci sono ancora particelle sconosciute da scoprire. Non ipotesi, ma già fatti: pochi anni fa, qualcuno ha ritenuto di aver scoperto per puro caso particelle che non dovrebbero esistere secondo il Modello Standard, e che farebbero pensare all’esistenza di una “quinta forza” in natura, che se confermata metterebbe in forte dubbio il Modello Standard (basato solo su quattro forze fondamentali), facendo pensare ad una “nuova fisica”. Tuttavia, al momento questa possibilità non è stata ancora confermata.
Negli ultimi 15 anni gli acceleratori di particelle hanno aumentato la loro energia disponibile, cosa che, in realistica previsione, può portare alla scoperta di nuove particelle, come di fatto è successo con adroni esotici battezzati “pentaquark” e “tetraquark”. Vi è stata una maggiore comprensione dei modi in cui la cosiddetta “forza di colore” (o forza forte) opera nel garantire la stabilità degli atomi e larga parte della materia visibile nell’universo. Mentre gradualmente vecchi interrogativi ricevono risposte, ne sorgono di nuovi e ne restano aperti ancora molti, come ad esempio quelli sull’esistenza o meno di particelle supersimmetriche, e il loro ruolo fondamentale sia nello spiegare la natura della cosiddetta “materia oscura” nell’universo sia nel convalidare eventualmente la teoria delle superstringhe, in alternativa al Modello Standard.
Non ci sono dubbi che la teoria delle superstringhe, pur non essendo parte dell’architettura matematica del modello Standard, eserciti un notevole fascino un po’ su tutta la comunità dei fisici. La sua eleganza matematica è indiscutibile e potrebbe porsi come la vera “Teoria del Tutto”, ovvero la teoria ultima di unificazione delle forze su cui si concentrano la maggior parte delle ricerche fisiche.
Quale il senso della fisica particellare oggi?
Ha senso ancora, alla luce delle scoperte di oggi, studiare ed indagare la fisica particellare? Molti ritengono che la fisica particellare sia riduzionista, ovvero tesa a frammentare la materia in tutte le sue parti poter capire come funziona l’universo. L’obiettivo in realtà, è esattamente l’opposto. Procedere frammentando la materia con collisori per poter arrivare ai mattoni fondamentali è in sé sicuramente riduzionista, ma lo scopo non lo è affatto. Lo scopo è quello di capire il modo in cui le forze che governano i vari tipi di particelle possono interagire tra di loro e di come possano essere, a certi livelli di energia, completamente unificate in un’unica interazione.
Frammentando la materia nelle sue parti, si può comprendere la natura del tutto nella sua globalità.
Ci si accorgerà, proprio scomponendolo nelle sue parti ma mai dimenticandoci del risultato globale, che l’universo ha un significato e forse una fine. Forse il messaggio più importante che il mondo sub nucleare vuole e può trasmetterci è che nulla è slegato a niente ma tutto interagisce e si trasforma in continuazione da una forma all’altra e da una polarità all’altra, lasciando intatta l’eternità dell’Uno che vive dietro tutto questo. Un’intelligenza grandiosa che forse non sa di esserlo: il lavoro dei fisici è proprio quello di fare in modo che Dio prenda autocoscienza di sé.
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