Verso il Bosone di Higgs

Breve viaggio intradimensionale dall'infinitamente piccolo all'infinitamente grande

La nostra Visione del Mondo è destinata a cambiare costantemente, come se l'Impermanenza descritta dai buddisti tibetani, si fosse impossessata anche delle nostre convinzioni più profonde: quelle relative a tutto ciò che ci circonda.

Rivolgendo gli occhi al cielo tramite un potente telescopio oppure indagando, con un microscopio, il mondo delle piccolissime e invisibili creature, ci rendiamo conto di quanti ordini di grandezza riusciamo a sondare con il senso della vista. Eppure, come vedremo, quello che si nasconde nella dimensione delle particelle atomiche e quello che si svela, grazie a telescopi lanciati nello spazio, è qualcosa di assolutamente inimmaginabile.

Prima di Galilei l'unico strumento d'indagine era la Vista... dopo, grazie alla nuova tecnologia del primo cannocchiale, da lui rielaborato, iniziò a spalancarsi la comprensione del mondo del Firmamento.

La scoperta dei satelliti di Giove, chiamati Medicei, fece traballare la visione aristotelica, già messa in discussione dalle nuove teorie cosmologiche di Copernico e Keplero. La Terra iniziava a perdere la propria centralità nella geografia del Cosmo... ed erano solo gli inizi...

Prima di tentare di avvicinarci a qualcosa di realmente complesso come il Bosone di Higgs, proporrei un piccolo salto indietro, proprio in quel lontano passato nel quale iniziava ad esprimersi la  Cultura greca.

Il termine “a-tomo” fu creato da Democrito nel V sec a.C. con la volontà di identificare qualcosa di talmente piccolo da essere considerato indivisibile.

Democrito propose una Teoria Atomica, che immaginava l’esistenza di particelle minuscole e impossibili da ridurre ulteriormente, le quali, unendosi tra loro, avrebbero formato tutte le sostanze conosciute.

Non sappiamo con precisione quanto avrebbero dovuto essere piccole per Democrito tali particelle, ma sappiamo quanto lo siano ora per i Fisici moderni.

Piccolo” e “grande” sono termini che utilizziamo comunemente, con la connotazione della quotidianità: piccola è la capocchia di uno spillo o lo spessore di un capello, grande è la distanza dalla Luna o dalle stelle che riusciamo a vedere. Tuttavia coloro che si occupano di Fisica delle particelle e di Astrofisica considerano ben altre dimensioni.

Per ora occupiamoci dell’ultra piccolo…

Oggi sappiamo che il diametro dell’ Atomo di Elio, se la misura comprende anche la nube di elettroni che orbita intorno al nucleo, è di 1 Angstrom, ovvero 10-mm, un decimilionesimo di mm.

Mentre il solo nucleo, formato da 2 protoni e 2 neutroni, ha diametro di un femtometro, ovvero 10-¹² mm, quindi un centomillesimo di Angstrom.

Proviamo a visualizzare queste distanze: se noi considerassimo la nube elettronica di un atomo, lontana dal centro di uno stadio, come le ultime file degli spettatori, il nucleo sarebbe del diametro di un pallone posto al centro del campo.

Da questo ultimo dato si evince che lo spazio tra gli elettroni ed il nucleo sia immenso, un immenso spazio completamente vuoto.

Affermare che la cosiddetta materia sia fatta di vuoto non è una solenne bizzarria: la Scienza ci informa con precise misure, di quanto spazio vuoto ci sia intorno al nucleo di un atomo

La sensazione di “pieno” e di “consistente” dovuta al contatto con un solido è solamente dovuta alla repulsione elettromagnetica tra gli elettroni presenti negli atomi delle proteine della pelle e quelli dell’oggetto che stiamo toccando.

A causa di tale repulsione (come quella di due calamite che se posizionate con i poli ++ o - - si  respingono, mentre con i poli + - o - + si attraggono) gli elettroni di un qualsiasi atomo respingono quello di un atomo che si avvicina.

Quando entriamo nelle dimensioni dell’ultrapiccolo dobbiamo cambiare completamente modo di approcciare i problemi: quello che avviene da quelle parti non ha nulla a che vedere con quanto apprendiamo durante le esperienze della vita quotidiana.

Per complicare le cose diremo che gli atomi non sono affatto indivisibili. Il lavoro degli acceleratori di particelle che operano all’interno di possenti montagne hanno proprio la funzione di lanciare nuclei atomici a velocità elevatissime per farli collidere. In tal modo questi scontri “frontali” causano agli atomi dei danni irreparabili, frantumandoli in decine di altre particelle dal nome quasi impronunciabile: Leptoni, Quarks, Bosoni, Gluoni, Gravitoni, Fotoni…

La materia, così come crediamo di conoscerla, è formata da particelle più o meno stabili e da particelle che durano meno di qualche miliardesimo di secondo. Quindi l’illusione di Democrito che credeva di poter descrivere la materia come formata da microscopici mattoncini “Lego”, è solo un grande abbaglio.  

Alla fine di questa breve serie di considerazioni elementari sulla materia vorrei aggiungere che anche l’Universo presenta dei misteri ancora inspiegabili.

Facendo un salto dimensionale tenteremo ora di entrare nel mondo dell'infinitamente grande.

Persino le scale di grandezza, relative al grande e al piccolo sono quasi impossibili da confrontare: quando parliamo di atomi utilizziamo misure che sono frazioni di miliardesimi di millimetro, mentre se decidiamo di studiare la grandezza del Cosmo dobbiamo utilizzare l’Anno/luce, ovvero, quella misura di Lunghezza che equivale alla distanza che la Luce copre in un anno, viaggiando a 300.000 Km/sec.

Ad oggi la grandezza dell’Universo, comunemente accettata dagli scienziati, è di 13,8 miliardi di anni/luce, ovvero la distanza che la Luce compie in 13,8 miliardi di anni, viaggiando a 300.000 Km/sec.

Una grandezza difficile per chiunque da immaginare. Se pensiamo che il Sole dista dalla Terra 8 minuti/luce, significa che la luce impiega 8 minuti per giungere a noi. La distanza enorme che ci separa dalla nostra stella (8 minuti/luce) diventa risibile se confrontata con quella che ci condurrebbe ai confini dell'Universo (13,8 miliardi di anni/luce).

Un altro problema galattico, che non fa dormire gli Astrofisici, riguarda la quantità di materia/energia presente nell'Universo.

La notizia, che farà aumentare esponenzialmente i punti interrogativi nella nostra mente, riguarda la scoperta che la quantità di materia/energia, che noi riteniamo appartenere all’intero Universo, risulta essere appena il 4,9% del totale.

Questo significa che se sommassimo tutte le galassie (oltre 200 miliardi), tutte le stelle (oltre 100 miliardi per ogni galassia), tutti i pianeti, la polvere interstellare e le radiazioni di vario tipo che viaggiano nello spazio, arriveremo ad identificare il 4,9% del totale.

Il 95,1% rimanente esiste nella realtà dell’Universo, poichè ha dimostrato di essere presente, ma noi non lo conosciamo, se non per pura ipotesi di lavoro: 68,3 Energia oscura e 26,8 Materia oscura.

Il bagno di umiltà, al quale siamo tutti invitati, ci fa comprendere come le future scoperte potrebbero stravolgere completamente l'attuale "Visione dell'Universo", le nostre attuali certezze sono solo piccoli granelli di sabbia: una manciata di punti fermi gettati sulla spiaggia della nostra ignoranza. 

Tenteremo di comprendere meglio, nei prossimi approfondimenti, il significato di questi bizzarri concetti.

 

 

 

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Articolo pubblicato il 12/12/2021