25.06.2007
L'evoluzione della massa
Scienza e Filosofia – Il sole 24 ore Domenica 24 Giugno
2007 Pag. 18
La massa ha un'origine? Domanda bizzarra, di cui è difficile
a prima vista cogliere il senso. Infatti, nella fisica classica il concetto
di massa è uno di quelli fondamentali, un concetto primitivo, senza
il quale la stessa meccanica newtoniana non sarebbe neppure immaginabile.
Altrettanto difficile, dunque, sarebbe immaginare cosa potrebbe significare
una domanda sull'origine della massa. Newton ha insegnato che l'accelerazione
di un corpo (anche quella di gravità) si ottiene dividendo la forza
che agisce sul corpo per la sua massa. Ma un corpo senza massa non saprebbe
come muoversi. Non ci si può liberare della massa senza liberarsi, al
tempo stesso, della gravità.
Insomma, «che una domanda abbia un senso grammaticale non garantisce
che abbia una risposta, o anche che sia coerente», osserva a ragione
Frank Wilczek, un giovane fisico americano, che in questo libretto uscito
di recente presenta il percorso che lo ha portato a ottenere il premio Nobel
per la fisica nel 2004. Gli sviluppi della fisica del secolo scorso hanno
reso il concetto di massa un po' meno "irriducibile". La celebre
equazione di Einstein E = mc2 non dice solo che l'energia si esprime in termini
di massa ma anche, al contrario, che la massa si può esprimere
in termini di energia. Del resto, il titolo dell'articolo in cui Einstein
presentò la sua formula. L’inerzia di un corpo dipende dal
suo contenuto energetico? non era forse illuminante? «Einstein
stava riflettendo sulla fisica fondamentale, non stava pensando alla bomba
atomica», afferma Wilczek. Nei moderni acceleratori di particelle, come
quello del Cern a Ginevra, dove fasci di elettroni e di protoni sono accelerati
a energie enormi, quando avviene una collisione tra elettroni e positroni spesso
si osservano emergere molte altre particelle, la cui massa totale è migliaia
di volte la massa degli elettroni e positroni originari. La formula di Einstein
mostra che è stata creata dalla massa dell’energia, conclude Wilczek.
Guardiamo alla cosa dal punto di vista della materia ordinaria, fatta di atomi
la cui massa è concentrata nei nuclei. Questi ultimi sono costituiti
da protoni e neutroni. «Tutto questo è storia familiare».
Ciò che per Wilczek è semplicemente una storia familiare
ben consolidata, è il risultato di una stagione epica della moderna
fisica, che ha avuto tra i suoi protagonisti Max Born, premio Nobel per la
fisica nel 1954.
In precedenza Born era già stato candidato molte volte al premio,
che gli venne finalmente attribuito per i suoi «contributi fondamentali
alla meccanica quantistica, in particolar modo per la sua interpretazione
statistica della funzione d'onda». Il lavoro per cui sono stato premiato,
affermava Born in apertura della lezione tenuta in occasione del conferimento
del premio, «Non contiene la scoperta di un nuovo fenomeno naturale,
ma piuttosto la base di un nuovo modo di pensare rispetto ai fenomeni naturali».
Il nuovo modo di pensare che si è affermato con la meccanica quantistica.
Solo cinquant'anni separano l'attribuzione del premio Nobel a Born e Wilczek,
ma se si legge la bella biografia di Born scritta da Nancy Greenspan, anch'essa
in questi giorni in libreria, si ha l'impressione che si tratti di una vicenda
di un passato remoto, che appartiene a una stagione della fisica tanto eroica
quanto lontana. Born è stato uno dei protagonisti di quella stagione,
e questo libro colma finalmente una lacuna nel modo migliore. Gli interlocutori
di Born sono dapprima i matematici e i fisici di Gottinga. dove si è formato
all'inizio del secolo, da Klein e Minkowski a Hilbert. E poi gli stretti
rapporti di amicizia con Einstein e Born, e il ruolo di primo piano svolto
nella creazione della meccanica quantistica negli
anni Venti, quando il suo assistente Heisenberg presentò la "meccanica
delle matrici".
Born «cominciò a sviluppare i concetti originali di Heisenberg,
e arrivò a quella che gli sembrò l'unica conclusione ragionevole».
Quella ottenuta da Born era una formula che esprimeva «la legge di commutazione
fondamentale, a partire dalla quale può essere derivata interamente
la meccanica quantistica». Born ne era fiero e, quasi 15 anni dopo,
definì la scoperta di quella formula «il culmine delle mie
ricerche». , Quando qualche tempo dopo apparve l'articolo di Schrödinger,
che proponeva una versione alternativa della teoria dei quanti basata
sulla sua celebre funzione d'onda, Born ne pubblicò l'interpretazione
statistica che gli varrà poi il premio Nobel. Nel libro di Greenspan
le vicende di Born si intrecciano con quelle della fisica della prima metà del
secolo, e sono immerse nel quadro politico e sociale della Germania del tempo
che, con l'ascesa al potere dei nazisti, costringerà all'esilio Born
come gli altri scienziati ebrei.
A partire dagli anni Trenta la frontiera della fisica fondamentale si è spostata
verso l'indagine del nucleo atomico. La teoria che governa i nuclei atomici è la
cromodinamica quantistica,la cui base matematica è una generalizzazione
della elettrodinamica quantistica. Con una metafora geometrica suggerita da
Wilczek, la prima sta alla seconda come un icosaedro sta a un triangolo. La
cromodinamica quantistica è la teoria che descrive quark e gluoni,
i mattoni fondamentali con i quali sono costruiti protoni, neutroni,
mesoni π e un vasto zoo di particelle dalla vita molto breve. In questo
modo è stata compresa l'origine di maggior parte della massa della,
materia ordinaria, che tuttavia costituisce una piccola frazione dell'intera
massa dell’ Universo: «L'origine della massa in tutte le sue forme» è ancora
questione aperta, «Sicuramente, conclude Wilczek, rivelazioni più belle
e più profonde attendono di essere scoperte.»
Nancy Thorndike Greenspan, “La fine di ogni certezza. La vita e la scienza
di Max Born”
Codice edizioni, Torino, Pagg. 476, € 29,00
Frank Wilczek “La
musica del vuoto, indagine sulla natura della materia” Di
Renzo Editore, Roma, Pagg. 90 €12,00
