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Anno IV - N° 30 - marzo 2007
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Le nostre interviste
Eugenio Coccia, fisico, Premio Calabria 2005, ci parla delle sue ricerche su neutrini e relatività
Onde gravitazionali: entro un anno importanti novità
di Antonio Aprile
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Eugenio Coccia è uno dei più
importanti fisici mondiali. Dal 2003 è direttore dei Laboratori Nazionali del
Gran Sasso (LNGS), i più grandi laboratori sotterranei del mondo dedicati alla
fisica e all’astrofisica delle particelle elementari. La necessità di creare
una struttura così imponente sotto uno spesso strato di roccia (circa 1400
metri di profondità) è sorta dal bisogno di schermare i laboratori
dall’enorme numero di particelle provenienti dallo spazio, lasciando passare
solamente quelle di alcuni tipi, consentendo quindi misure su di esse altrimenti
impossibili da realizzare. Tra queste, di straordinario interesse sono i
neutrini, particelle elementari, molto piccole, neutre, estremamente sfuggenti:
in un secondo sono circa 500.000 miliardi quelli che attraversano il nostro
corpo, senza lasciare traccia. Potrebbero percorrere miliardi di volte un vasca
piena d’acqua lunga dalla Terra fino alla Luna prima di urtarne una sola
molecola. Ad essi è legata
la comprensione di alcuni dei più importanti misteri dell’universo ed
addirittura il suo destino ultimo. Gli scienziati hanno stimato, infatti, che
tutta la materia visibile (stelle, pianeti, ecc.) costituisce il 4-5% della
materia dell’universo; i neutrini una parte sicuramente inferiore all’uno
per cento. La restante parte fatta di materia ed energia oscura, di cui si sa
poco. Ci spiega lo stesso Coccia:
“Scoprire che il neutrino ha una massa è stata una scoperta fondamentale.
Questo fatto può cambiare quella complessiva dell’universo fino al punto che
esso, che è in espansione, può continuare ad espandersi per sempre se la massa
del neutrino è molto piccola. Se la massa del neutrino invece è un po’ più
grande l’espansione può arrestarsi e tornare indietro, tra miliardi di anni.
Il neutrino e le sue caratteristiche possono, quindi, determinare il fato ultimo
dell’universo. Ma il loro studio è importante anche per tanti altri motivi.
Può aiutarci a capire anche l’asimmetria tra materia ed antimateria. Inoltre,
assieme alle onde gravitazionali, previste dalla relatività di Einstein, i
neutrini sono importanti perché recano il segnale delle stelle così come
queste lo hanno emesso. Il fatto di ‘segnare’ la direzione della sorgente e
di portare il segnale pulito senza attenuazione, sono due caratteristiche che
rendono sia
il neutrino che l’onda gravitazionale due sonde molto importanti nelle
ricerche”. Un’altra delle caratteristiche più affascinanti di queste
particelle è che esse ‘oscillano’, ossia cambiano specie. Nel 2006 partirà,
a questo proposito, uno dei più importanti esperimenti ospitati nei Laboratori
del Gran Sasso: “Opera”. Si tratta dell’osservazione di un certo tipo di
oscillazione e una ulteriore conferma della massa di un fascio di neutrini che
verranno emessi dall’acceleratore del Cern di Ginevra e ‘sparati’ in
direzione dei Laboratori del Gran Sasso, in un percorso sotterraneo di circa 732
chilometri, compiuto in meno di 0,003 secondi…
Cosa si aspetta dal 2006,
delle conferme oppure si apriranno nuove strade?
“Il progetto è molto
importante e si chiama CNGS (Cern Neutrinos to Gran Sasso). Vedrà per la prima
volta dei neutrini viaggiare sotto terra dal Cern al Gran Sasso. Sono neutrini
di tipo µ (mu) ed avremo il primo esperimento al mondo che deve osservare
l’apparizione del neutrino t (tau) che non c’era all’inizio. Dovrà
confermare il fenomeno dell’oscillazione che non è stato mai visto tra questi
due tipi di neutrini, ci consentirà di capire che effettivamente i neutrini
sono tre e che oscillano. Questa è una pietra miliare nella storia del neutrino
che avverrà come Lei ricordava a partire dall’anno prossimo”.
Lei si è
occupato anche di neutrini solari, che sono di tipo elettronico. Al Gran Sasso
è stato risolto il mistero dei neutrini mancanti…
“Lo studio dei
neutrini ci ha permesso di avere conferme sul funzionamento del sole e delle
stelle. Il fatto che i neutrini solari che venivano misurati fossero la metà di
quelli che ci si aspettava è stato un mistero che ha appassionato i fisici per
un bel po’ di anni. La scoperta dei LNGS è stata che il neutrino mentre
viaggia cambia di tipo. Parte come neutrino elettronico, durante il viaggio si
trasforma in un altro tipo e quindi non veniva rivelato perché la rivelazione
era fatta per neutrini elettronici; si pensava che esistessero solo quelli. C’è
stato un periodo in cui non si capiva se questo deficit di neutrini avesse
un’origine sulla fisica solare oppure sulla fisica delle particelle. Ora
possiamo dire che la fisica delle particelle elementari, e quindi quella che si
occupa delle proprietà del neutrino e la fisica solare che invece si occupa
delle proprietà macroscopiche del sole, in questo momento sembrano abbastanza
in accordo, in questo momento è un periodo di pace…”.
“L’uomo è
tanto pazzo da andare sottoterra per studiare le stelle” è una frase
attribuita ad Aristotele o Plinio che circola molto nell’ambiente dei fisici,
che hanno costruito effettivamente laboratori sotterranei per studiare le stelle
al riparo dei ‘disturbi’ provenienti dallo spazio. Ma non solo: vi servite
di apparecchiature enormi per studiare oggetti microscopici come
i neutrini, per i
quali si è supposto per molto tempo una massa nulla…
“Il
motivo è semplice: bisogna costruire cose grandi per trovare cose piccole perché
è con le cose grandi che si riescono a realizzare quelle energie molto elevate
che sono necessarie per sondare dimensioni molto piccole. Lei sa che la
lunghezza d’onda della radiazione che si usa può dare dettagli dell’oggetto
che si vuole studiare, per cui per esempio la luce che ha lunghezze d’onda
dell’ordine di frazioni di millimetri si riesce a studiare oggetti più grandi
di questa quantità, quindi per studiare oggetti più piccoli occorrono
lunghezze d’onda molto piccole che vogliono dire energie elevate; per produrre
energie elevate occorrono acceleratori di particelle molto grandi. Quindi per
costruire microscopi che vadano ad osservare dimensioni molto piccole occorrono
questi apparati in grado di generare energie grandissime”.
Vi è poi il
problema anche delle sorgenti…
“Proprio per questo, nei laboratori come
quelli del Gran Sasso in fondo cosa si fa? Si utilizza l’acceleratore più
potente che sia mai esistito al mondo che è il Big Bang. Le particelle che noi
affannosamente cerchiamo di generare negli acceleratori di particelle, che sono
limitati perché ci vorrebbero generatori enormi per poter generare le
particelle che ameremmo studiare, in realtà esistono già nel cosmo: sono state
generate con il Big Bang. Quindi il problema diventa avere un laboratorio in cui
ci siano condizioni di ‘silenzio cosmico’ per poterle ‘rivelare’. Il
Gran Sasso ha, quindi, nel cosmo quell’acceleratore di particelle che la
natura ha provveduto a costruire”.
Lei si occupa anche di onde
gravitazionali…
“Si, sulle onde gravitazionali stiamo ancora cercando il
segnale indiscutibile che esistano effettivamente. Una volta che saremo in grado
di captarle, studiare quei segnali sarà importantissimo. Non appena apriremo la
finestra osservativa delle onde gravitazionali, ci si sveleranno sicuramente
aspetti del cosmo che adesso non riusciamo neanche ad immaginare. Io credo che
tra non più di sei mesi o al massimo una anno su tutti i giornali si leggerà
della loro ‘scoperta’. Stanno entrando in funzione rivelatori con sensibilità
sempre maggiori e si è veramente vicini. Già si intuisce qualcosa, diciamo così,
ma credo che da qui ad un anno ci sarà veramente la dichiarazione della
scoperta”.
La fisica costruisce modelli, elabora teorie, poi cerca conferme
ed a volte, invece, trova smentite. La teoria del Modello Standard, per esempio,
costruita per dare una ‘sistemazione’ a tutte le particelle che sono state
trovate nel corso di questo secolo, non prevedeva l’esistenza di una massa per
il neutrino…
“Si, infatti. Se vuole, questo modello ha già traballato.
Anche perché i Laboratori del Gran Sasso spingendosi ad energie più elevate di
quelle degli acceleratori proprio perché cattura particelle emesse dal più
grande generatore mai esistito, automaticamente va a sondare questo modello
standard e in questi primi sondaggi si vede che non regge. Ha già traballato
nel caso del neutrino, per esempio, proprio perché non prevedeva che questo
avesse una massa. Questo è solo l’inizio”.
Lei guarda con fiducia alle
Teorie Unificatrici della fisica? Pensa che si possa arrivare in tempi brevi a
trovare quei tasselli mancanti come, ad esempio, il decadimento del protone?
“Bè si, questa è una
strada, quella di individuare il decadimento di un protone. Un’altra strada è
proprio quella di individuare e vedere le particelle di materia oscura che sono
il primo esempio di particella del cosiddetto ‘supermondo’ e portare
veramente la fisica al di là del modello standard”.
Cosa ci può dire sul
mistero del tempo, della cosiddetta freccia del tempo, che scorre solo in
una direzione?
“Bè nei fenomeni fisici quello che si vede è che il tempo
va ovviamente in una sola direzione. Ci sono fisici teorici che pensano che
esistano due coordinate temporali, non una sola, per esempio. Su questo la
matematica è il solo ausilio, la nostra immaginazione non può percepire, già
non riusciamo ad immaginare con la testa quattro dimensioni, no? Ci figuriamo
gli oggetti tridimensionali perché fanno parte del nostro mondo, della nostra
mente fatta così, grazie alla matematica basta scrivere qualche coordinata in
più e vengono fuori equazioni con cinque, sei, sette, otto, secondo la teoria
delle stringhe dieci coordinate spaziali, per esempio; così può immaginare più
coordinate temporali. Credo che dal punto di vista sperimentale siamo ancora
troppo giovani e è troppo presto per andare a sondare questi aspetti che sono
sondati solo a livello di fantascienza e di immaginazione. Credo che la fisica
sperimentale non è ancora arrivata a sondare con esperimenti queste possibilità”.
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