Il sistema planetario più piccolo

E’ proprio un momento particolare, per la scienza. Stiamo vivendo ai confini di qualcosa che non abbiamo completamente compreso, ma sempre più informa la nostra vita, le nostre percezioni, il nostro sentire.

Stiamo vivendo in un Universo fisico che ci regala nuove sorprese momento per momento. Dopo una apparente stasi, in cui sembrava non ci fosse alla fine niente di nuovo da scoprire, niente di nuovo da capire, ecco che torniamo avanti, che siamo sbalzati immediatamente alla frontiera, che il flusso delle cose torna nuovo, torna sempre ed ancora nuovo.

Non si contano quasi, le avvisaglie di quel mutamento profondo che è segnalato da tanti tanti spunti: le onde gravitazionali, di cui si è avuta appena adesso la conferma del terzo evento, gli esopianeti, con Proxima B straordinariamente vicino e straordinariamente simile alla Terra. Ed ora si affaccia un’altra scoperta straordinaria, che tocca l’infinitamente piccolo, come sappiamo intimamente connesso con l’infinitamente esteso: così connesso che non si può studiare l’Universo nella sua genesi senza sprofondare nel regno delle particelle elementari, come sappiamo.

La notizia in sé l’avrete già saputa: l’esperimento LHC del Cern ha riportato l’osservazione di una nuova particella, che è stata chiamata double charmed Xi, contenente quattro quark, due di tipo charm ed un quark up.

Il simbolo della nuova particella, appena scoperta al CERN

Ora, sappiamo bene che – secondo le attuali teorie – i quark sono proprio quei “mattoncini elementari” che costituiscono tutte le particelle, appaiono insomma come i costituenti ultimi della materia nell’Universo: a quanto pare non mostrano più una struttura interna, ogni tentativo di guardarci dentro produce la mutazione in nuove particelle, composte anche esse di quark. Siamo arrivati veramente alla base di tutto, con i quark.

Per dire, le particelle alle quali siamo familiari, sono ben spiegate con il modello a quark: il protone è composto di tre quark (due up ed uno down) e il neutrone pure di tre (due down ed uno up). Dunque, in parole povere, montando insieme i vari quark, si possono ottenere tutte le particelle di cui abbiamo esperienza, incluse alcune così esotiche che vivono appena pochissimi istanti negli esperimenti di laboratorio, e poi scompaiono trasformandosi in altre particelle più “consuete” e magari in energia.

Qual è allora la straordinaria novità di questa scoperta? E’ proprio nel modo in cui questa particelle è costruita, e segnatamente nel fatto che contiene due quark “pesanti”, quale appunto il quark charm. L’esistenza di questo tipo di particelle era prevista in base alle teorie attuali, ma (come per la rilevazione delle onde gravitazionali) la rilevazione empirica tardava a venire. Ora con la scoperta di questa nuova particella (di massa 3621 Mev, circa quattro volte più pesante del protone), un altro piccolo ma importante tassello della nostra concezione del mondo fisico, viene a mettersi – assai confortantemente – al suo esatto specifico posto.

Sembra nel complesso che i segnali dall’Universo ci dicano che il modo in cui lo interpretiamo sia sostanzialmente corretto, anche se – attenzione – lo stesso messaggio ci rivela in maniera incredibile quanta parte di “non conoscenza” ancora abbiamo davanti e alla quale non possiamo che guardare con umiltà e pazienza, doti del resto essenziali per la ricerca.

Interessante, in questa sede, la stretta analogia che anche a parole viene tracciata tra i sistemi planetari e le dinamiche interne di questa nuova particella. Come dice  infatti Guy Wilkinson, ex coordinatore della collaborazione scientifica che ha portato alla scoperta,

«in contrasto con gli altri barioni finora noti, in cui i tre quark eseguono una elaborata danza l’uno attorno all’altro, ci aspettiamo che il barione con due quark pesanti agisca come un sistema planetario, dove i due quark pesanti giocano il ruolo di stelle che orbitano l’una attorno all’altra, mentre il quark più leggero orbita intorno a questo sistema binario»

E’ certamente una analogia, e non va portata troppo oltre: però ci aiuta comunque a capire, anche con la semplice scelta delle parole (le parole sono importanti, lo sappiamo), come sempre più la ricerca fisica-cosmologica sia un tutto intimamente connesso, un sistema sul quale non si può più tentare il vecchi approccio riduzionistico di isolare per capire, ma va tenuto sempre tutto in conto, nella consapevolezza sempre più chiara di quella intrigante ed incredibile complessità che ci circonda, e che chiamiamo mondo.

Fisica fondamentale

“…la ricerca in fisica fondamentale ha dimostrato di essere dietro tutte le grandi svolte tecnologiche dell’epoca moderna, dai raggi X al web, dalla risonanza magnetica alla Pet. Se vogliamo aprire nuovi orizzonti, anche in altre discipline, non possiamo rinunciare a conoscere sempre meglio le particelle elementari, cioè ciò che compone noi stessi e tutto ciò che esiste.”

Sergio Bertolucci, direttore della ricerca del Cern

La metamorfosi del neutrino

Dopo oltre tre anni di ricerche e miliardi di miliardi di particelle in viaggio da una parte all’altra delle Alpi,fin negli appennini dove si trovano i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), per la prima volta al mondo è stata osservata, in modo diretto, una metamorfosi del neutrino. La trasformazione, cioè, di un neutrino in un altro.

Ad annunciarlo è l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare sottolineando che si tratta di una “scoperta che apre le porte a una nuova fisica”. “Serviranno ovviamente altre osservazioni di neutrini ‘mutanti’ – spiega l’Infn – per avere la certezza definitiva della scoperta”.

Una veduta dei laboratori sotto il Gran Sasso (Crediti: Media INAF)

Il fenomeno è stato osservato dall’esperimento internazionale Opera. Il neutrino, al termine di un viaggio che lo ha portato dal laboratorio europeo di Ginevra del Cern, da dove è stato ’sparato’ in fasci puntati verso il Gran Sasso, fino all’interno della montagna abruzzese a 732 chilometri di corsa sotto la crosta terrestre in soli 2,4 millisecondi, ha mutato la propria natura. È stata una impresa, continua l’Infn, “resa possibile dalla collaborazione tra Cern e Laboratori dell’Infn del Gran Sasso nel progetto Cngs, Cern Neutrino-Gran Sasso. Questo risultato, infatti, è una forte indicazione del fatto che i neutrini hanno una massa e che possono oscillare passando da una ‘famiglia’ a un’altra”.

Fu il fisico italiano Bruno Pontecorvo, del gruppo dei “ragazzi di via Panisperna” di Enrico Fermi, a proporre, verso la metà del Novecento, la possibilità di trasformazione dei neutrini. “Nel Modello Standard elaborato dai fisici per spiegare l’Universo, – continua l’Infn – i neutrini non hanno una massa. Occorrerà dunque rettificarlo in questo punto, fornire nuove spiegazioni e iniziare nuove ricerche con tutte le possibili implicazioni in cosmologia, nell’astrofisica e nella fisica delle particelle”.

“È un risultato importante – commenta Margherita Hack – è una conferma che i neutrini hanno una massa. Si pensava che la massa dei neutrini fosse un centomillesimo di quella dell’elettrone: per quanto piccola è pur sempre una massa e potrebbe contribuire in parte a spiegare di che cosa è composta la materia oscura” che costituisce il 25% dell’universo.

Guarda l’intervista a Natalia Di Marco per l’esperimento OPERA

Guarda il filmato sull’esperimento CNGS

Notizia ripresa dal sito Media INAF. Si può consultare anche l‘articolo su La Stampa o su Il Sussidiario.net sullo stesso argomento.