69 anni fa su “Technology Review”, edizione americana
di Nate Nickerson
Questa estate, sotto il territorio francese e in parte svizzero, collisioni di protoni di potenza mai vista offriranno una visione più chiara della natura della materia. Si possono vedere le fotografie del Large Hadron Collider a pagina 44; a pagina 10 Jerome Friedman parla della sua importanza. Friedman ha vinto nel 1990 il premio Nobel per la Fisica per gli esperimenti sull’acceleratore di particelle che hanno confermato l’esistenza dei quark, le particelle elementari che costituiscono protoni e neutroni. Questo lavoro è stato essenziale per il modello standard della fisica delle particelle, che secondo Friedman potrà essere completato con l’aiuto del LHC. Egli aggiunge che “se la storia è realmente maestra, il LHC potrà offrirci sorprese assolute, fenomeni non anticipati da alcuna speculazione teorica”.
La storia è maestra. è anche una cassa di risonanza. Nel numero di novembre 1939 di “Technology Review”, Philip M. Morse, professore di fisica del MIT, sostenne l’esigenza di una maggiore sperimentazione nella fisica delle particelle, per timore che le elaborazioni teoriche non fossero verificate (il versatile Morse si impegnò anche nell’organizzazione del Anti-Submarine Warfare Operations Research Group, che aiutò la Marina Militare statunitense a distruggere i sommergibili tedeschi; dopo la guerra, Morse trasformò la ricerca sugli aspetti operativi in un importante campo di studi).
Morse apriva il suo Ultimate and Indivisibile con un garbato riconoscimento a un lontano passato: “Tutto sembra cominciare con Democrito, con questa idea della materia composta di atomi fondamentali e indivisibili. Qualche secolo dopo l’era dell’antica Grecia, Dalton utilizzò le nuove scoperte della chimica per spingere in avanti la speculazione teoria. Ora siamo sicuri che tutta la materia e tutta l’energia sono costituite da pochi tipi di particelle fondamentali. Non sappiamo però con certezza quanti tipi di particelle ci siano, né siamo del tutto certi se si tratti realmente di particelle e non di onde. Le ricerche che ci hanno permesso di raggiungere le nostre certezze e i nostri dubbi attuali hanno portato alla luce particelle che avrebbero lasciato perplesso Democrito e termini linguistici che spesso infastidiscono il lettore. Una indagine su questi sviluppi storici si risolve in realtà in un who’s who dell’invisibile”.
Dopo aver esaminato lo stato delle conoscenze sulle particelle, Morse invitava i fisici a sottoporre a verifica tutte le teorie non provate:
“Alcuni studi sembrano indicare che quando un neutrone si trasforma in un protone, viene emessa un’altra particella oltre all’elettrone. Questa nuova particella è stata definita un neutrino. Il fisico italiano Fermi (un altro vincitore del premio Nobel, che ora vive in questo paese) ha elaborato una teoria di questa trasformazione che prevedeva l’esistenza di una simile particella e indicava che non avrebbe dovuto possedere alcuna carica elettrica, ma possedere un moto rotatorio e avere una massa molto più piccola di un elettrone. Queste particelle non dovrebbero essere facili da rilevare e al momento solo una serie di esperimenti sembra confermare la loro esistenza.
Diversi anni fa il fisico giapponese Yukawa approfondì la teoria di forze non elettriche tra le particelle nucleari e mostrò che una radiazione corpuscolare si poteva associare a queste forze, allo stesso modo in cui un fotone di luce viene associato con le forze elettriche. Le sue ricerche non riuscirono a determinare se la particella ipotizzata avesse moto rotatorio o carica elettrica e il suo saggio si conclude con una nota apologetica dopo aver calcolato che la particella dovrebbe pesare un centinaio di volte la massa dell’elettrone o circa 1/20 della massa del protone. Alcune recenti osservazioni dei costituenti dei raggi cosmici sembrano indicare che questa particella intermedia esista realmente. Il suo nome è mesone o mesotrone.
La concezione democritea di una economia naturale nell’uso dei materiali di produzione dell’universo appare in definitiva confermata, anche se il quadro generale non è così semplice come si potrebbe sperare. Due tipi di particelle, protoni e neutroni, formano tutti i nuclei atomici; un altro tipo, l’elettrone, caratterizza la struttura esterna e completa l’atomo, almeno secondo le conoscenze attuali della chimica. Ci sono anche l’effimero positrone, strettamente collegato all’elettrone, e il fotone, che trasporta l’energia elettromagnetica. Potrebbero, inoltre, esserci l’inafferrabile neutrino e il superleggero mesone”.
“La strabiliante impresa di [Paul] Dirac, che ha previsto l’esistenza del positrone prima della sua scoperta e le possibili profezie veritiere di Fermi e Yukawa relative al neutrino e al mesone, costituiscono una vittoria incoraggiante per la moderna teoria quantistica. Tuttavia è pericoloso credere ciecamente alla infallibilità delle analisi puramente teoriche e trascurare la scienza sperimentale. Una lunga serie di previsioni fatte negli ultimi dieci anni si sono rivelate erronee. Nessuna teoria, non importa quanto siano perfette le sue equazioni, ha più valore delle ipotesi iniziali di Democrito finchè le sue previsioni non vengono confermate dall’accurato lavoro degli sperimentatori”.
