12.04.2007

La rivoluzione del Quark

Corriere della Sera, giovedì 12 aprile 2007, Pag. 49

di Edoardo Boncinelli

Se c'è un termine tecnico, squisitamente tecnico, che è entrato nel nostro lessico quotidiano, questo è «quark». Grazie a una fortunata serie di trasmissioni televisive, tutti sanno che esistono i quark. Ma che cosa è un quark? E un componente essenziale della materia ordinaria. I protoni e i neutroni presenti nel nucleo di ogni elemento chimico, e che costituiscono quindi la gran parte della materia dell'universo, sono fatti di quark: per la precisione ciascuno di loro è fatto di tre quark. Intorno al nucleo «girano» poi gli elettroni. Tutta la materia è costituita essenzialmente di quark e di elettroni.
Gli elettroni li conosciamo da un secolo e possiamo dire di aver imparato su di loro un bel numero di cose, per quanto stravaganti ci possano essere apparse in un primo momento. Col tempo gli elettroni ci sono diventati familiari. Non così i quark. Nati come semplice ipotesi di lavoro una quarantina di anni fa, hanno acquistato con il passare del tempo un volto sempre più definito, ma hanno sfidato e sfidano ancora la nostra capacità di comprensione. Hanno alcune proprietà in comune con gli elettroni, ma presentano anche grandi differenze.

Una di queste è che si attraggono reciprocamente con più forza quando sono lontani che quando sono vicini. Come se il Sole attraesse con più forza, molta più forza, il lontanissimo Plutone che Mercurio o la Terra che si trovano tanto più vicini. O come se un 'onda radio si facesse sentire di più a grandi distanze che nelle vicinanze della sorgente. Tutte le altre forze che conosciamo si indeboliscono a mano a mano che cresce la distanza. Quella che tiene insieme i quark, chiamata forza «nucleare forte», si comporta proprio all’incontrario: fortissima a grande distanza e debolissima a breve distanza.
Questa curiosa proprietà dei quark e della loro attrazione reciproca dà luogo a due fenomeni concomitanti che hanno profondamente stupito i fisici di questi decenni. Si tratta dei fenomeni complementari del «confinamento» dei quark e della loro cosiddetta «libertà assintotica». Con il primo termine si indica il fatto che nessuno ha mai osservato un quark isolato. Questi vanno molto spesso a gruppi di tre, per costituire appunto protoni o neutroni, e comunque non girano
mai da soli. Sono, per cosi dire, confinati. Ogni volta che si volessero allontanare vengono «richiamati alla base» da forze potentissime dalle quali non possono scappare. Quando però si trovano vicinissimi tra di loro, come all'interno di un protone, sembrano quasi ignorarsi. Si attraggono reciprocamente infatti con una forza debolissima. Fino al punto di poter essere considerati quasi liberi. E completamente liberi sarebbero se si trovassero a distanza infinitamente piccola. Le due proprietà ce li fanno assomigliare ad amanti distratti ma inseparabili: non possono stare l'uno lontano dall' altro, ma quando stanno vicini quasi si ignorano.

Queste sono solo alcune delle stranezze del mondo delle particelle subnucleari, per le quali nonostante tutto possediamo una teoria generale che prende il nome altisonante e un po' misterioso di cromodinamica quantistica, parola abbreviata come Qcd. Dietro queste scoperte e queste teorie ci sono uomini e donne che non solo riescono a maneggiare con disinvoltura concetti tanto astratti ma addirittura a concepirne di nuovi e sempre più rivoluzionari. Due di questi scienziati si sono adesso raccontati in due piccole autobiografie uscite nella serie «Dialoghi» dell'editore Di Renzo. Si tratta di due scienziati che hanno vinto il Premio Nobel per la Fisica molto di recente, nel 2004, proprio per le ricerche sui quark e le loro stranezze. I due libri in questione sono La Musica del vuoto di Frank Wilczek e L'universo affascinante di David Gross.

Frank Wilczek, di mamma italiana (originaria di Sant'Anaelo dei Lombardi, in provincia di Avellino) e di padre polacco, è il più giovane dei due ed è stato per qua1che tempo allievo dell'altro. Autore poliedrico, ha scritto un magnifico libro non ancora tradotto in Italia intitolato Fantastic Realities, realtà fantastiche, dove affronta i temi propri delle scoperte, ma non solo. Come a molti fisici, a Wilczek piace scherzare e stupire, trattando spesso gli argomenti più complessi con tono scanzonato se non iconoclastico. In questo libretto autobiografico ci parla della natura del vuoto, come preannunciato nel titolo, e dell'origine della massa esistente nell'universo. Più sistematico e sobrio, David Gross, che ho avuto modo di conoscere personalmente, racconta la propria vita dedicata allo studio di questi strani oggetti fisici e ci fornisce una trattazione essenziale ma accessibile della moderna teoria delle particelle, cercando di prefigurare quella che sarà «La futura rivoluzione nella fisica». come recita il sottotitolo del libretto. Due letture affascinanti.