Come ti rompo una legge fondamentale della Natura

Questo articolo sembrerà un po’ difficile. Cercherò di semplificarlo al massimo, ma non chiedetemi di entrare nei dettagli. DEVO però rendervene partecipi per due motivi: innanzitutto in onore di Proteo (il protone simpaticissimo di Francesca) e poi perché potrebbe gettare una nuova luce sui primi istanti di vita dell’Universo (precedenti addirittura alla nascita di Proteo…). Gli acceleratori di particelle non sempre sono dei mostri …

Una delle leggi fondamentali della Natura che non siamo mai riusciti a rompere è quella che dice che ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria o, se volete, la conservazione dell’energia. Questo principio fondamentale ha posto non pochi problemi agli scienziati che studiano l’origine dell’Universo. Se la legge fosse sempre stata valida, come mai, ad esempio, ci sarebbe più materia che antimateria? Cosa è successo nei primi millesimi di secondo dopo il Big Bang per privilegiare una situazione piuttosto che un’altra? Avremmo dovuto avere una esatta ripartizione delle due possibilità. Se vi è una cosa vi deve essere anche la sua forma speculare.

Questa cosiddetta “parità” dice in pratica che nell’Universo non esiste un lato “destro” e uno “sinistro”. Entrambi sono ugualmente possibili e probabili o, se preferite, ogni legge fisica rimane inalterata quando si invertono le coordinate di riferimento.

Agli inizi degli anni ’50 si iniziarono ad avere dei dubbi. La forza debole, quella che è responsabile della radioattività, dava segni di non aderire del tutto alla legge di “parità”. Ma non la forza forte, quella che tiene unite le particelle subatomiche. Per lei, la legge di parità non s’intaccava minimamente, almeno sotto circostanze “normali”.

Oggi qualcosa sembra cedere. Un risultato straordinario si è avuto, infatti, presso il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) del Brookhaven National Laboratory di Upton, New York. Per una piccolissima frazione di secondo i ricercatori hanno creato una bolla di spazio dove non esiste la “parità”. Sono riusciti a rompere la simmetria. Fin dal lontano 2000 Jack Sandweiss e colleghi hanno fatto collidere tra loro atomi di oro nell’acceleratore di particelle di Upton, una circonferenza di circa 4 km, per studiare la legge di “parità” in condizioni veramente estreme. Essi sono riusciti a creare un plasma formato da gluoni e quark, una specie di “zuppa” che si ottiene quando l’energia in gioco riesce a rompere i protoni e i neutroni e trasformarli nelle loro particelle elementari (gluoni e quark, appunto). Un brodo formato dai veri mattoni fondamentali della materia. Questo plasma ha una temperatura di quattro trilioni di gradi e doveva esistere nel primo milionesimo di secondo dopo il Big Bang.

Ciò che hanno ottenuto al RHIC è durato molto meno, soltanto un milionesimo di un miliardesimo di un miliardesimo di secondo, ma sufficiente forse per iniziare a capire come da quella zuppa primordiale si sia arrivati a formare galassie e buchi neri. La bolla è stata ottenuta facendo collidere tra loro nuclei d’oro ad una velocità pari al 99,999% di quella della luce. L’energia al momento dell’urto è stata incredibile ed il plasma ottenuto così energetico che un suo cubetto, di lato pari al quarto dello spessore di un capello umano, poteva fornire l’energia all’intero Stato di New York per un anno.

E’ stato, però, il $campo$ magnetico formato dal plasma (il più forte mai ottenuto in laboratorio) che ha messo in allarme gli scienziati sulla perdita di simmetria. Non si è potuto certo assistere direttamente alla violazione della legge di “parità”, ma la sua interazione con il $campo$ magnetico ha creato un effetto secondario osservabile: i quark “up” si muovevano lungo le linee del $campo$ magnetico, mentre quelli “down” si muovevano in modo traversale. La simmetria speculare appariva perciò rotta. Questo risultato, non certamente ovvio né facilmente comprensibile, rappresenterebbe, se confermato, un qualcosa di veramente straordinario per lo studio dei momenti iniziali dell’Universo.

Gli scienziati hanno volontariamente aspettato più di un anno prima di rendere pubbliche le loro ricerche, cercando tutte le possibili spiegazioni alternative. Essi ammettono, al momento, di aver avuto soltanto un segnale di violazione di parità, ma non ancora una prova. Proprio per questo hanno aperto la loro ricerca ad altri colleghi: molte teste lavorano meglio di poche. Jack Sandweiss però ci crede fortemente.

Il prossimo passo sarà quello di effettuare gli scontri tra nuclei ad energie più basse, per vedere se l’apparente asimmetria sparirà allontanandosi da condizioni veramente estreme come quelle dell’esperimento precedente. Se tutto andrà come si spera si potrebbe effettivamente gettare luce su uno dei misteri più grandi relativi all’origine dell’Universo: l’asimmetria tra la materia “ordinaria”, che domina l’Universo attuale, e l’antimateria. Ricordo che l’antimateria è uguale alla materia a parte l’inversione delle cariche elettriche: in essa i protoni (ciao Proteo!) hanno carica negativa e gli elettroni carica positiva. Insomma, uguale e contraria alla materia comune. Al momento del Big Bang esse dovevano avere la stessa abbondanza, ma poi una delle due ha avuto il sopravvento, rompendo così la legge di “parità”.

A parte la difficoltà di comprendere appieno la metodologia che ha portato a questo esperimento al limite della scienza moderna, è incredibile pensare che si sia assistito a qualcosa di perfettamente simile a ciò che esisteva nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, prima che si formassero i protoni, i neutroni e tutta la materia odierna.

Cara Francesca, potresti chiedere a Proteo se le cose andavano proprio così ai “suoi” tempi?

Chi volesse entrare nei dettagli e vedere un bellissimo video esplicativo può andare sul sito:
http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=1073

I commenti di questo post sono in sola lettura poichè precedenti al restyling del 2012. Iscriviti al Forum di Astronomia.com ed entra a far parte della nostra community. Ti aspettiamo! : )

19 Commenti

  1. devo seriamente pensare di buttar via 5 anni di fisica al liceo, e gli esame all’università?

  2. SSHHHHH! Non ditelo a Proteo… chissà come ci rimarrebbe a saper che alcuni scienziati (pazzi scriteriati) han fatto strage di suoi simili.

  3. caro Andrea…. temo che lo sappia già…ma sta pensando al CERN dove li stanno massacrando alla grande! Meno male che sono indistruttibili!!!! :mrgreen:

  4. Semplicemente stupefatto. 😯
    Anche se sono un normale lettore e non un “addetto ai lavori”, rimango stupefatto da quanto è successo.
    Ci sono ancora tante risposte che ci attendono.
    Peccato che qui in Italia la ricerca è vista come un “tumore” e ha pochi fondi.
    Tra questa notizia e tra quella del CERN di pochi giorni fa, beh il 2010 si rivela un anno interessante per l’astrofisica :mrgreen:

  5. Affascinante, la Fisica si stà sgretolando e ricomponendo in un nuovo puzzle. Grandi scoperte ci attendono nei vari laboratori del mondo.

  6. Mi pare che hanno aspettato il record di LHC per comunicare questa notizia 👿
    Quali sono le differenze tra i due accelleratori oltre le dimensioni?
    Grazie e saluti

  7. siamo arrivati ad un milionesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo dopo il big bang e con qualche calcolo si arriva che abbiamo ridotto l’universo ad una sferetta di un decimiliardesimo di millimetro di diametro.Non siamo ancora alla particella di Dio? Fin dove è possibole spingerci ancora?

  8. @Gaetano,
    no, erano anni e anni che facevano gli esperimenti. E poi la potenza è minore e quindi era mirato ad un certo esperimento. Anche se la scienza è spesso corrotta da infiltrazioni di potere e politica, è ancora una fetta di società dove vale la collaborazione e il gusto vero della scoperta… Non applichiamogli gli standard normali da becera TV… 😀

  9. @pietro,
    siamo vicini, ma quei miliardesimi di miliardesimo ecc. ecc. sono ancora un’enormità per arrivare alla particella originaria. E poi forse mancherà sempre la “scintilla” primigenia. Andare indietro non è come cominciare. Quello probabilmente non riusciremo mai a farlo…. ci sarà sempre un intervallo epsilon di tempo in cui è successo qualcosa di fondamentale… sia esso un miliardesimo di miliardesimo o anche molto meno. E poi ricordiamoci che il tempo nasce col Big Bang …. così come lo spazio…

  10. @Enzo,
    grazie. Mi riferivo esclusivamente ad un sano antagonismo.
    @Andrea
    Considerando la precisione richiesta e le potenze in gioco, la considero solo una battuta e non uno sfoggio esagerato di filoamericanismo.
    Sugli esperimenti di Ginevra non riesco a nascondermi un briciolo di apprensione molto irrazionale :mrgreen: :mrgreen:

  11. @Gaetano: Certo che scherzavo! Ci mancherebbe… io faccio il tifo per il buco nero della distruzione! (Scherzo ancora)

  12. Sono convita che l’uomo riuscirà a scoprire la particella che ha innescato
    il:TUTTO,con la tecnologia di oggi abbiamo fatto piccoli passi ma proviamo a immaginare fra qualche secolo quali mezzi tecnologici avranno adisposizione gli
    scienziati per scoprire i segreti dell’universo

  13. Bellissimo articolo anche se non molto facile da capire…un dubbio: la cosa strana e inaspettata è stato il fatto che i quark UP si muovessero lungo le linee di campo o che i DOWN si muovessero in modo trasversale? Mi verrebbe da dire che avendo gli UP carica +2/3e e i DOWN -1/3e entrambi dovrebbero, in condizioni normali, muoversi perpendicolarmente al campo e in direzioni opposte tra loro…quindi la “novità” sarebbero stati i quark UP che si muovevano LUNGO LE LINEE di campo? 😕

    Grazie

  14. @lampo,
    da quanto ho capito io il fatto STRANO è che non si muovano in senso opposto… ma potrei anche sbagliarmi…

  15. Ho appena chiesto ad un collega fisico…la carica -1/3e e 2/3e dei quark è una carica di colore, non la carica elettrica convenzionale, che poco ha a che fare con il campo magnetico…quindi il discorso che ho fatto poco fa non sta in piedi!

    Su un altro articolo ho trovato questo che mi ha chiarito un po’ le idee:
    “L’asimmetria mostrata dal rivelatore STAR suggerisce che i quark a carica positiva emergano con maggiore probabilità in verso parallelo al campo magnetico in un dato evento di collisione, mentre quelli carichi negativamente emergono di preferenza in verso antiparallelo.

    “In tutti i precedenti studi di sistemi governati dall’interazione forte tra quark e gluoni, si è trovato con un alto grado di precisione che gli eventi e le loro immagini allo specchio si presentano esattamente con la stessa probabilità, senza alcuna direzione preferenziale”, ha spiegato Steven Vigdor, che ha partecipato alla ricerca. “Per questo motivo il fenomeno osservato è estremamente interessante”.

    Quante cose ci sarebbero da sapere…

  16. @lampo,
    bravissimo. In effetti è vero è il colore… Comunque, in verità, c’è sempre più da scoprire ogni volta che si scopre qualcosa… Tra poco (ho appena mandato un articolo a Stefano) vedremo che si potrebbe facilmente superare la fantascienza…. Mamma mia! E poi la gente guarda il grande fratello e l’isola dei famosi…. 🙁

  17. Grazie Enzo! Il mondo dell’infinitamente piccolo è tanto affascinante quanto quello dell’infinitamente grande! Ma volendoci capire in profondità…c’è da far fumare il cervello…!

  18. Ho l’impressione che nella Fisica Quantistica non esista e non esisterà mai una “verità assoluta”, è come se ogni teoria scoperta sia destinata prima o poi a crollare… E se fosse così? E se tutto fosse falso e tutto vero, contemporaneamente?