Universo ‘vuoto’ ed atomi ‘sbagliati’: un secolo di evoluzione del pensiero fisico moderno

Pubblicato il 24 Novembre 2010 23:14 | Ultimo aggiornamento: 24 Novembre 2010 23:12

L’universo è fatto di vuoto: concetto all’apparenza inverosimile, ma che la fisica nucleare e subnucleare hanno dimostrato realtà. Se fino alla fine dell’800 l’atomo, il cui significato deriva dal greco ‘indivisibile’, era considerato il costituente elementare della materia, oggi sappiamo che può essere scomposto in particelle fondamentali, gli elettroni ed i nucleoni, formati da protoni e neutroni, dove questi ultimi sono a loro volta costituiti da particelle subnucleari, dette quark.

Negli ultimi 100 anni le teorie atomiche hanno subito delle continue evoluzioni, così se il primo modello atomico di Joseph John Thompson era caratterizzato da una forma a ‘panettone’, cariche negative immerse in una ‘panettone’ di carica positiva’, con i modelli di Ernest Rutherford prima, e di Niels Bohr poi, si giunse ad una configurazione decisamente più eterea: un piccolissimo nucleo positivo attorno al quale in una nube elettronica, costituita principalmente di vuoto, è altamente probabile trovare un elettrone, particella migliaia di volte più piccola del nucleo stesso.

Se l’universo è formato da materia, e la materia da atomi che sono vuoti per oltre il 99 per cento della loro massa, allora anch’esso è vuoto: un sillogismo aristotelico che ben introduce ciò che la fisica moderna, concentrata sulla fisica nucleare e sulla meccanica quantistica, ha fatto, cioè cambiare interamente il punto di vista scientifico, il modo di vedere il mondo, chiedendo nuove leggi per una nuova realtà finalmente osservabile.

Era il 1928 quando il padre della fisica quantistica, l’inglese Paul Adrien Maurice Dirac, teorizzava l’esistenza di anti-atomi, e dunque dell’antimateria: “Se accettiamo l’ipotesi di una completa simmetria tra cariche elettriche positive e negative, come facciamo per ogni legge fondamentale della natura, dobbiamo considerare tipicamente casuale il fatto che sulla Terra (e presumibilmente nell’intero sistema solare) siano preponderanti gli elettroni negativi e i protoni positivi. Non possiamo escludere che per le altre stelle la situazione sia speculare e che esistano astri composti da elettroni positivi (o positroni) e protoni negativi”.

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La teoria di Dirac già in quegli anni ebbe la soddisfazione delle prime conferme, con l’osservazione in camera a nebbia di un elettrone ‘sbagliato’, del giusto peso e dimensione, ma dalla carica decisamente opposta, e per questo chiamato ‘positrone’, ad opera di Patrick Maynard Stuart Blackett e di Giuseppe Occhialini. L’osservazione di queste antiparticelle, previste dal buon Dirac, è assai difficile, poiché tendono ad annichilarsi a contatto con la materia ordinaria, in un processo di esplosione con alto rilascio di energia.

L’ideazione e l’utilizzo di nuove tecnologie, che negli ultimi anni hanno conosciuto un notevole e rapidissimo progresso, hanno permesso un’altrettanto notevole e rapida modificazione delle teorie fisiche moderne, e il Cern di Ginevra è da anni il principale palcoscenico dove ogni giorno il futuro della scienza, e con esso quello dell’umanità, va in scena.

Se finora l’osservazione di antiparticelle, prodotte abbondantemente al Cern grazie all’acceleratore LHC, Large Hidron Collider, era limitata al tempo precedente l’annichilamento, con il nuovo sistema di ‘parcheggiamento’ ad alta precisione ideato nei laboratori di Ginevra lo studio dell’antimateria, elemento tanto reale quanto raro nell’universo, è destinato a notevoli progressi.

Ciò che la storia della fisica moderna ci ha insegnato in questi anni è che nell’universo, e nella materia, esistono simmetria ed correlazione, che le forme tendono a ripetersi, che l’infinitamente piccolo (atomo) può svelare i segreti dell’infinitamente grande (universo), che il vuoto di cui siamo fatti si contrappone alla materia che ci plasma, che potrebbero esistere universi diversi, fatti di antimateria, analoghi e speculari al nostro.

Ma soprattutto ci insegna che la scienza e il progresso sono sorgenti inesauribili e che ancora molto c’è da indagare e da scoprire, in un universo vuoto ma decisamente affollato, dove, come direbbe in una battuta il fisico di Oxford Frank Close, bisogna stare “bene attenti a stringere la mano a qualche alieno che proviene dalle pieghe dello spazio-tempo infinito: se fosse un anti-uomo rischiereste di disperdervi nel cosmo come un flusso di pura energia!”.