Giù, in fondo alla materia

Se immaginiamo l'universo come un orologio – ma non lo è: il paragone è tutt'altro che adeguato –, possiamo pensare ai fisici delle particelle come a persone curiose che lo smontano per capire come funziona, con quali meccanismi e molle e rotelline. Solo che non hanno a disposizione il manuale con le istruzioni. Anzi, proprio a loro tocca scriverlo. Ma perché lo fanno? Che cosa scoprono? E a che serve quello che scoprono?

Ne parliamo con Marco Zaro, professore di fisica delle particelle all'Università degli Studi di Milano, che mercoledì 25 febbraio alle 18.30 terrà una conferenza presso la Biblioteca cantonale di Bellinzona, organizzata in collaborazione con l'Istituto ricerche solari Aldo e Cele Daccò (IRSOL) e con la Società Astronomica Ticinese.

Qual è stato il momento esatto o il concetto specifico, durante il suo percorso, che le ha fatto capire che la fisica delle particelle sarebbe stata la sua strada?

Più che un momento specifico, posso dire che ci sono stati tanti tasselli che si sono messi assieme. Già prima dell'università mi sentivo abbastanza portato per la matematica e le scienze, anche grazie a «influenze» familiari – papà è geologo, mamma insegnava matematica e scienze – e soprattutto grazie ai docenti che ho avuto, in particolare al liceo. Questo ha indirizzato la scelta della facoltà universitaria, nello specifico ho optato per fisica per un fascino che ho intravisto studiandola al liceo e per il fatto che venisse utilizzata la matematica per spiegare la realtà. Gli anni dell'università sono stati una conferma, ancora una volta grazie ad alcuni docenti specifici che hanno saputo mantenere desta e far crescere la mia passione per la materia, ma anche grazie ad amici e compagni di studio che sono stati per me preziosi compagni di percorso. Siccome ero visto un po' come quello «più bravo», spesso rispondevo a varie domande, magari percepite come banali, ma che ogni volta mi facevano capire e scoprire aspetti delle materie di studio che magari io avevo trascurato. Durante il percorso universitario mi sono orientato verso uno studio teorico della fisica, e mi affascinavano aspetti della fisica teorica che fossero verificabili o falsificabili sperimentalmente. La fisica (teorica) delle particelle, dopo aver seguito un corso molto appassionante al riguardo e complice anche una visita al CERN, si  è rivelata la strada che ho deciso di intraprendere. La tesi di laurea e il successivo dottorato in Belgio hanno cementato questa mia decisione.

Tra l'ipotesi del bosone di Higgs e la sua scoperta al CERN sono passati 50 anni. Come vive un fisico la sfida di lavorare su un'ipotesi che potrebbe richiedere decenni o addirittura generazioni per essere confermato?

Questo fatto mi ha sempre colpito. Non sono pochi i casi in cui un'ipotesi, magari dettata da argomenti «estetici» – serve una particella in più per avere una teoria più simmetrica – e quindi da categorie che appartengono alla nostra mente, si è rivelata capace di spiegare la realtà, che è altro da noi. Per il bosone di Higgs ci sono voluti 50 anni tra l'ipotesi e la scoperta. Per i neutrini, la cui esistenza era stata motivata per non violare il principio di conservazione dell'energia, 25 anni e per le onde gravitazionali 100. Oltre allo stupore quando poi un'ipotesi si rivela verificata dalla realtà, c'e` un grande senso di umiltà, nel senso che la propria ipotesi, per quanto bella o eccitante dal punto di vista teorico, deve sempre essere sottoposta al vaglio della realtà.

Qual è oggi l'anomalia o il dato sperimentale che più di tutto toglie il sonno ai fisici delle particelle e che potrebbe indicare la strada per una nuova fisica dopo il bosone di Higgs?

Abbiamo certamente molte indicazioni che la teoria che utilizziamo per descrivere come le particelle fondamentali interagiscono, il Modello Standard, è attualmente incompleto. Prima di parlare dei suoi difetti però dobbiamo ricordarci che è una teoria estremamente di successo, capace di spiegare fenomeni che vanno dal momento magnetico anomalo dell'elettrone, in cui esperimento e teoria sono in accordo a meno di una parte su 1'000 miliardi (!), ai fenomeni che vediamo al Large Hadron Collider (LHC) e che avvengono a energie milioni di volte più alte. Esistono alcuni fenomeni, per esempio il fatto che occorre la materia oscura per spiegare l'evoluzione dell'universo o il fatto che non sappiamo spiegare perché siamo tutti fatti di materia e vediamo poca antimateria nell'universo, che il Modello Standard non riesce a spiegare. Altri fenomeni, come il fatto che le masse delle particelle elementari siano così diverse – tra i neutrini, le particelle più leggere, e il quark top, la particella più pesante, abbiamo circa 15 ordini di grandezza –, sono più problematici da un punto di vista estetico. Quest'ultimo problema, essendo anche collegato alla fisica del bosone di Higgs e quindi ad aspetti di cui mi occupo, è forse quello che mi intriga di più.

Dopo l'annuncio della scoperta del bosone di Higgs, ormai 14 anni fa, la fisica delle particelle non ha più goduto di altrettanta attenzione da parte dei media. Perché? Davvero non è più stato scoperto niente di così rilevante? Possiamo dire che, dopo l'entrata in servizio di LHC, la ricerca in questo campo si è un po' bloccata?

Anzitutto non utilizzerei l'attenzione data dai media come metro per stabilire la rilevanza o meno di un ambito scientifico. Sicuramente la scoperta del bosone di Higgs è stata una di quegli eventi che accadono una volta ogni 100 anni e ha rappresentato una pietra miliare per tutta la comunità scientifica, non solo per i fisici delle particelle. L'attenzione dei media non ha fatto altro che coronare questo successo, che sarebbe comunque stato eccezionale anche senza. Questo evento non avrebbe potuto accadere senza le migliaia di persone che hanno costruito e reso funzionante l'LHC, assieme agli esperimenti ATLAS e CMS che ne analizzano i dati, e senza i fisici teorici che hanno fornito e forniscono predizioni per capire cos'è veramente questo bosone di Higgs. Si parla di migliaia di persone che hanno reso possibile questa scoperta con il loro contributo. Dopo la scoperta del bosone di Higgs, anzitutto abbiamo una particella in più da studiare, le cui caratteristiche da un lato sono predette molto bene dal Modello Standard e dall'altro possono essere collegate a una fisica che non conosciamo al di là del Modello Standard. Per ora, al livello di precisione che i dati che abbiamo ora ci consentono di ottenere, il Modello Standard spiega molto bene queste caratteristiche, e questo è sicuramente un successo non banale di questa bellissima teoria. Acquisendo più dati, il livello di precisione migliorerà sempre di più, e questo richiede capacità di fare predizioni teoriche sempre più raffinate. Infine per alcune misure più specifiche servono ancora più dati per poter avere conclusioni significative. Quindi sicuramente non parlerei di ricerca bloccata.

Spesso il pubblico pone una domanda legittima: a che serve? Lei come risponde a chi si interroga sull'utilità della ricerca fondamentale, in particolare in fisica delle alte energie?

Ci sono due modi in cui si può rispondere a questa domanda. Il primo è che la fisica fondamentale ha comunque delle ricadute perché richiede lo sviluppo di tecnologie nuove, e queste ricadute si rivelano importantissime per la vita di tutti. Per esempio la necessità di condividere i dati dei primi acceleratori al CERN ha portato alla nascita del World Wide Web. Oppure la costruzione degli acceleratori di particelle ha condotto allo sviluppo di materiali superconduttivi sempre più avanzati, che oggi vengono utilizzati in molti altri ambiti (treni a levitazione magnetica, magneti ad alto campo per imaging medico eccetera), o al fatto che alcune forme di cancro vengono curate utilizzando acceleratori di particelle (ne abbiamo uno in Italia a Pavia). Però è certamente vero che tutte queste ricadute non sono state pianificate, e ci si potrebbe chiedere se ne sarebbe valsa la pena anche se non ci fossero state. Si potrebbe liquidare la domanda dicendo che i costi di tutto questo sono irrisori. Nel 2025 il CERN ha ricevuto circa 1,5 miliardi di franchi dagli Stati membri per tutte le sue attività e, siccome la popolazione dell'Unione europea è di 500 milioni, si arriva a un contributo di 3 franchi all'anno per persona. Tutto questo a fronte di ricadute anche solo possibili. Però non basta. Questo ci porta al secondo modo di rispondere alla domanda: da sempre l'essere umano è stato curioso sulla natura dei fenomeni che osserva. Pensiamo all'osservazione del cielo o a Democrito che ipotizza gli atomi. C'è sempre stato un desiderio di conoscenza della realtà che andava al di la del «Per che cosa posso usare quello che conosco?». La creazione della tecnologia non distingue l'essere umano dagli altri animali, ma quello che lo caratterizza è la ricerca di un senso, di un perché. Questo desiderio di conoscere è ciò che spinge la ricerca fondamentale, così come il desiderio di bellezza spinge un artista a realizzare le proprie opere. E in un certo senso, se smettessimo di seguire questo desiderio e di dargli spazio nelle sue varie forme (arte, scienza, letteratura eccetera), resterebbe poco a distinguerci dagli animali.