NUOVE PROSPETTIVE DELLA FISICA QUANTISTICA

 

Il Premio Nobel per la Fisica 2015 è stato assegnato con la seguente motivazione:“per la scoperta delle oscillazioni del neutrino, che dimostra che il neutrino ha massa”

 Sono passati alcuni mesi dal conferimento del premio Nobel 2015 ai due ricercatori, il giapponese Takaaki Kajita e il canadese Arthur B. McDonald, per aver dimostrato che tra tipi diversi di neutrini (neutrino elettronico, neutrino muonico e neutrino tauonico) esiste una differenza di massa.

di Alberto Zei

Qualche tempo più tardi

 Le spiegazioni delle incongruenze che hanno accompagnato la storia di queste fantomatiche particelle, ovvero dei neutrini,  è costellata di affermazioni e di smentite. Ciò perché le contraddizioni sulle caratteristiche dei  neutrini sembrano  bene attagliarsi alla natura del particolarmente piccolo. In tal caso l’entanglement  di  stati sovrapposti di differente natura potrebbe rivelarsi al momento dell’osservazione. L’ipotesi dell’entanglement, così come si vedrà in seguito, troverà un’altra condizione in cui i neutrini manifestano la loro mutevole natura.

Per tale ragione potrebbero però essere valide le contraddizioni che questo tipo di ricerca non riesce a lasciarsi alle spalle. Sarebbe, infatti, ancora possibile conferire paradossalmente il medesimo riconoscimento a chi riuscisse a dimostrare, con il supporto dell’osservazione e delle relative spiegazioni teorico-matematiche, che i neutrini in certe condizioni, come quelle del loro trasferimento, sono particelle che risultano prive di massa.

L’ inverso di questa  situazione sussisterebbe, in tal caso, per i  neutrini all’interno della materia condensata.

Forse l’unica certezza che tuttavia viene adombrata con il “forse” è che i neutrini durante il loro trasferimento non possono assumere una velocità superluminale in quanto tale condizione violerebbe i presupposti su cui si fonda  la  conoscenza della fisica attuale.

La massa dei neutrini

Lo studio del decadimento di un neutrone in un protone che prevede la generazione di un elettrone non rispettava il principio di conservazione dell’energia per mancanza ancora  di qualcosa. Fu allora che Pauli suggerì che doveva aggiungersi  nell’equazione una particella, mancante nel bilancio energetico. Così, Enrico Fermi, riflettendo sull’equazione, chiamò questa nuova arrivata: “neutrino” (antineutrino elettronico, nel caso di specie), introducendolo nel calcolo con la lettera greca “ν”  in modo da  pareggiare  i conti energetici. Questo approccio fu sottoposto a moltissime critiche e a molti tentativi di misura delle proprietà della nuova particella che, stante la sua sconosciuta interazione con la materia, poteva assumere pratico significato solo attraverso la sua eventuale  “massa”. Ma la maggiore  difficoltà era ed è stata proprio  quella di misurarla.

Sin dalla metà del secolo scorso, i risultati teorici  offerti alla  conoscenza, anche da parte  dei nostri connazionali Majorana, Pontecorvo e Fermi, hanno costituito decisivi passi verso la comprensione  dei neutrini.

Si tratta di particelle apparentemente insignificanti per la loro minima interazione con la materia, ed in special modo con quella vivente. Di fatto i neutrini possono penetrare la materia vivente, per miliardi e miliardi di volte in un secondo, così come avviene, senza lasciare alcun danno né traccia del loro passaggio. Tuttavia queste minuscole particelle, se da un lato non rivelano appieno la loro natura, dall’altro fanno comprendere ciò che diversamente sarebbe impossibile conoscere, circa le relazioni nucleari che si innescano all’interno del sole e  per estensione, anche delle altre stelle, ad una profondità considerevole  dalla superficie. Infatti, gli  sciami di  neutrini che fuoriescono dal profondo del nostro astro  consentono di dedurre la tipologia delle reazioni nucleari che si verificano all’interno dei corpi stellari.

Nella realtà dei fatti

Non sembri però, questa enorme mancanza di influenza sulla materia, una esagerazione, in quanto i neutrini provenienti dal sole e dallo spazio, percorrono da una  parte all’altra la Terra, transitando  all’ interno della  materia  che, in rapporto alla  loro piccolezza, appare costituita da  enormi maglie  (a loro volta fatte da altre maglie  alla stessa maniera). Queste  particelle sono così minute da attraversare  senza perdersi all’interno,  non solo del  nostro pianeta ma delle stelle e delle galassie (qualche estrema eccezione è  pur sempre ammessa).

I grandi  sforzi tecnologici compiuti dai laboratori più sofisticati e più prestigiosi del mondo, tra cui il LNGS, nelle viscere del Gran Sasso d’Italia, hanno ottenuto modesti successi per l’intercettazione di queste sfuggenti particelle, finora tuttavia con risultati  più teorici che  pratici.

Ma dopo le altalenanti precisazioni da parte di illustri teorici di fisica quantistica, se queste minutissime entità siano o non siano composte di  materia, ora il conferimento del Nobel 2015 ai due  ricercatori  viene motivato dal  fatto  di averne  finalmente accertato la massa. L’esperimento cruciale per la sua definizione deve però, essere ancora compiuto, e sembra che il Laboratorio del Gran Sasso sia molto avanti in questa direzione dell’ “ultimo stato dell’arte”.

La famiglia leptonica

Sono qui tracciate alcune sfaccettature di questo fantomatico frammento particellare misterioso e affascinante che, come la “primula rossa”, tutti sanno che c’è ma nessuno sa dov’è.

Per quanto riguarda la pratica  rilevanza dei neutrini, nel parco delle particelle non sembra al momento essercene più di tanta,  in quanto la “polvere di stelle”, si fa per dire, percepita con la loro presenza non sembra avere alcuna proprietà autonoma. Anche  il mutamento di sapore durante il percorso  dei neutrini non è dovuto a una loro autonomia ma all’entanglement  con i partner maggiori della stessa famiglia.

La famiglia dei leptoni allargata, com’è noto, è composta da elettroni e neutrini nella materia e di antielettroni e antineutrini nell’antimateria. Di questi  ne esistono tre tipologie tra loro correlate, cosi come sono correlati tra loro i membri di una  famiglia. Infatti,  all’elettrone, al  muone e al  tauone con massa progressivamente crescente, fanno capo i rispettivi neutrini  che prendono  l’attributo di elettronico, muonico e tauonico. La medesima cosa avviene in maniera  simmetrica, nell’antimateria.

La nuova “verginità” scientifica

Parlando di soli neutrini, per non appesantire il concetto con gli antineutrini e l’antimateria,  va detto che già dalla metà del secolo scorso è stato ipotizzato, matematicamente formulato e poi accettato da una parte dei fisici che non si trattava di tre entità differenti ma che queste erano espressione diversa di un unico e più stabile neutrino elettronico.

Tutto ciò  il nostro Pontecorvo lo aveva già appurato negli anni Cinquanta del secolo scorso. Solo che per ragioni soprattutto politiche, la rivelazione di tale ipotesi, era stata pubblicata in russo.

La ricerca teorica e le sperimentazioni fatte da Pontecorvo non si avvalevano certo dei poderosi  mezzi come quelli rappresentati dai potentissimi e mastodontici rivelatori del Gran Sasso in Italia o del Super Kamiokande in Giappone, eppure la valenza di questo scienziato, più o meno misteriosamente scomparso, aveva superato con la teoria, l’efficacia dei nuovi  mezzi di indagine sperimentale del terzo millennio.  

Per tali ragioni, l’ oscillazione di sapore  che solo adesso  sembra essere stata scoperta,  non potrà  acquistare, con il conferimento del premio Nobel, una nuova “verginità”  scientifica.   

L’ entanglement

La  variazione di identità non è di poco conto in quanto, come ora si afferma, implica una differenza di massa fra i tre tipi di neutrini. Inoltre, se i neutrini contengono materia, con la  oscillazione della loro identità detta “sapore” durante il loro moto, si genera anche una variazione di massa. Ciò dovrebbe comportare  a fronte della relatività ristretta anche un altalenante rallentamento della velocità  di trasferimento, che invece non  si verifica!

L’entanglement è uno di più paradossali fenomeni delle fisica quantistica e molto più esteso di quanto inizialmente si riteneva nei comportamenti della materia e non solo. 

D’altra parte l’oscillazione di sapore dei neutrini, per esempio da elettronici a muonici, provenienti dalle interazioni deboli del sole, avvengono negli alti strati della atmosfera in quanto i corrispondenti elettroni con i quali risultano “entangled” (correlati anche a distanza: si veda la teoria dell’entanglement) mutano con lo stesso ritmo durante l’attraversamento  della atmosfera verso la Terra. Quindi non sono i neutrini, anche a causa della pressoché impossibile interazione con la materia di ben altra densità,  a interagire con l’atmosfera e per di più, rarefatta; sono invece gli elettroni “entangled” a innescare l’oscillazione. Questi infatti  determinano con la loro, quella dei  neutrini che percorrono lo spazio in stato di sovrapposizione  di sapore; sapore che poi  assumono  per l’ effetto dell’”entanglement” con i corrispondenti elettroni .

Dubbi e contraddizioni

Di contraddizioni da superare se ne ritrovano a sufficienza, come quella della  velocità che dovrebbero avere i neutrini secondo la “Relatività ristretta” e che dovrebbe essere quella luminale, ossia quella della luce solo se i neutrini sono privi di massa. In caso contrario, ossia di corpuscoli massivi, questi subirebbero un rallentamento in funzione non lineare della quantità di materia di cui sarebbero costituiti.

Di quanto? Nessuno ancora può dirlo con certezza. Vi è però una verità della fisica quantistica che riguarda tutto l’universo, compreso il tempo. E’ infatti dimostrato matematicamente che tutto è composto di quanti e cioè, di  entità elementari piccolissime al di sotto delle quali non c’è più possibilità di scendere. Così anche il tempo scorre per quanti. Gli eventi sono come fotogrammi di una pellicola che solo in sequenza danno l’illusione della continuità.

I limiti della continuità

Ebbene, analogamente a quanto detto, non è possibile nell’infinitamente piccolo concepire qualcosa, compreso il tempo, che sia con continuità sempre più piccolo del più piccolo. Inoltre le grandezze delle  particelle primarie si distinguono per grande differenza quantitativa dalle altre della stessa famiglia. In  apparente contraddizione i neutroni e i protoni; ma solo questi ultimi sono particelle primarie e non possono perciò essere comparati  per densità di materia con i neutroni, poiché questi sono dei composti e pertanto non costituiscono alcuna eccezione alla regola, dal momento che le  leggi dell’universo non lo consentono. I cambiamenti di stato dell’estremamente piccolo che compone l’estremamente grande, avvengono infatti per salti discreti, ossia, per quanti.

    

Esplosione  della  Supernova  apparsa  nel 1987

 Alcune critiche e chiarimenti

 Quando il CERN  nel 2011 fu vittima di quella terribile “cappellata” sulla misura della velocità dei neutrini, ritenuta superiore a quella della luce, il tempo di sopra avanzamento stimato in un tratto di 730 km era di 60 milionesimi di secondo in più di quella luminale.

Ma una  riprova empirica e inconfutabile che la velocità  dei neutrini e dei fotoni  fosse la medesima della luce, era stata data già dal 1987, quando arrivò sulla terra la visione (attraverso i fotoni) della supernova distante dalla Terra circa 168 mila anni luce,  apparsa nella Grande Nube di Magellano e che, per qualche giorno, si manifestò in tutto il suo immenso fulgore.

Ebbene, in quella occasione, in virtù di un  numero  trascendente di neutrini (e antineutrini) scaturiti dalla disintegrazione del corpo celeste, i più grandi rivelatori del mondo installati nei due emisferi, intercettarono un congruo numero di presenze sui detectors.

Cinque ore  più tardi della rivelazione  dei neutrini, ebbe luogo la visione dei primissimi segni dell’ esplosione.

Questo fatto è di estrema importanza  scientifica poiché per la prima volta al mondo si è avuta la inconfutabile  certezza che la velocità dei neutrini e quella dei fotoni, ossia  quella della luce, fosse la medesima

Differenze che restituiscono  la parità

La spiegazione è semplice in quanto è vero che dopo un viaggio cosi lungo,  i  neutrini arrivarono  sulla Terra alcune ore  prima  dei fotoni, ossia della luce dell’esplosione, non perché avessero una diversa velocità rispetto ai fotoni, ma solo per il fatto che erano stati espulsi prima, durante l’ implosione; implosione che è la fase iniziale dell’ evento catastrofico delle supernove. In questo tempo che dura poche ore, una parte considerevole dell’energia della supernova, che collassa  comprimendo la materia, viene irradiata sotto forma di neutrini che si formano quando gli elettroni e protoni dei nuclei  si fondono  in neutroni.

Solo dopo alcune ore, per l’effetto della compressione e del conseguente  surriscaldamento di tutta la materia siderale, si determina  per rimbalzo l’ evento opposto, ossia, l’ esplosione cosmica della supernova. Questa,  polverizza il corpo dell’astro dal quale improvvisamente  scaturisce una immensa vampata di luce, ovvero, di fotoni. Ma la maggior parte dei neutrini era già sfuggita prima, per effetto della sua piccolezza, attraverso le maglie della materia, la quale si comprime nel tempo dell’implosione che anticipa di qualche ora quello dell’esplosione.

Repertorio - Tracce di particelle  di una collisione.

 La granulosità del tempo

La differenza di poche ore, che intercorre tra la partenza dei flussi di neutrini e quello dei fotoni, è stata  infatti riscontrata anche all’ arrivo, poiché  neutrini e fotoni hanno percorso lo spazio alla stessa velocità  luminale (300mila km/sec.), mantenendo pertanto  tra di loro il medesimo distacco della partenza.

Va però  anche ricordato che la distanza della supernova dalla Terra è di 168 mila  anni-luce e quindi proprio per la granulosità degli stessi quanti di tempo, (teoricamente misurabili), non sarebbe possibile ottenere rispetto ai fotoni, una differenza di arrivo esageratamente minima  in rapporto alla distanza  cosmica del  percorso superato. Ovviamente ciò che vale per  l’anticipo, vale  anche per un eventuale ritardo.

Se infatti, quella variazione temporale di 60 milionesimi di secondo, che sembra un’inezia, del percorso sperimentale di neutrini tra il CERN e il Laboratorio del Gran Sasso (LNGS) fosse parimenti applicata ai neutrini scaturiti dalla implosione della supernova, allora questi  sarebbero arrivati sulla terra prima ancora dell’inizio della storia dell’umanità e cioè con il congruo (è un eufemismo!) anticipo di ben 4140 anni! Era quindi più che evidente, al momento dell’annuncio al mondo da parte degli allora responsabili del CERN e del Gran Sasso  che i neutrini non potevano essere  dotati di velocità super-luminale e che  una notizia di tal genere non poteva avere alcuna possibilità di essere accettata per più di  qualche settimana.

Mille teorie non valgono un fatto

Da  una  parte ci  troviamo  di  fronte  ad   un fatto   inconfutabile,  almeno   per  il momento:  “I neutrini hanno una massa” poiché non sarebbe possibile negare la fiducia all’operato dei  giudici di Stoccolma.  Pertanto si  accetta anche che esista una differenza di massa fra i vari tipi di neutrini, ovvero, tra i  sapori, ma non si sa ancora quale sia la massa di riferimento,  per esempio se quella  del neutrino elettronico. L’affermazione che:“I neutrini hanno una massa” non è ancora stata dimostrata sperimentalmente. Ai Laboratori del Gran Sasso,  i lavori per la determinazione diretta della “massa del neutrino” stanno continuando ma non si hanno previsione certe e/o affidabili sui tempi di attesa.

D’altra parte, non sarà questo riconoscimento che Stoccolma fa della massa ad intervenire sui cardini fondamentali e consolidati della nostra cultura scientifica occidentale, e cioè  su quelli della relatività e in secondo luogo su quelli del Modello Standard e della  relativa Teoria Standard.

 In estrema sintesi si può dire che i neutrini possono far “oscillare” la loro identità di sapore soltanto nel caso che gli stessi siano dotati di massa; ma la certezza della massa dei  tre sapori dei neutrini non può essere confermata, senza ricorrere alla interpretazione sistematica tra i contenuti dei seguenti  presupposti:

·  la mancanza di massa è in accordo con la  velocità luminale della Relatività ristretta;

·  la dotazione di massa  è stata  riconosciuta dal conferimento del Premio Nobel 2015;

·    la mancanza di massa  è in accordo con la Teoria Standard;

· la dotazione di massa  è indispensabile  per esprimere le  variazioni di sapore;

·  la mancanza di massa corrisponde alla costatazione strumentale (degli Osservatori dei neutrini dislocati intorno al mondo) che i fotoni provenienti dalla Supernova del 1987 e i relativi neutrini sono arrivati sulla Terra in sostanziale contemporaneità.

Dove sta il vero?

In merito alla velocità va detto che qualsiasi fermione, a causa della sensibile differenza di massa tra le altre particelle, si differenzierebbe in velocità rispetto a quella luminale, tanto che qualsiasi velocità si voglia attribuire ai neutrini, non esistono esempi in natura di quanti, ossia di quantità  di grandezze fisiche (massa nel caso di specie) in progressione cosi ravvicinata da  non consentire di distanziare i neutrini  e i fotoni neppure di  “una tacca” dopo 168 millenni di viaggio comune.

Dalla incompatibilità di questo combinato, deriva il fatto che alcuni  dei presupposti indicati, tra cui quelli  relativi al riconoscimento del Premio Nobel, siano  falsi. 

Quali?Le contraddizioni di oggi inverosimilmente reggeranno il  confronto di domani?

Finalmente qualche certezza

Nel convegno organizzato dal CESMA, con molta partecipazione di pubblico - in Viale dell’ Università, presso la accogliente Casa dell’Aviatore di Roma - la prof.ssa Lucia Votano del LNGS ha messo  in luce soprattutto il profilo storico del  concetto di neutrino nonché  altri aspetti correlati. Ma la conoscenza attualizzata della ricerca di questa sfuggevole particella è un argomento altrettanto  interessante  che meriterebbe  un approfondimento scientifico dedicato. 

Dopo la sua relazione sull’argomento riguardante la storia della ricerca dei neutrini,  ha concesso ai  presenti qualche domanda. 

Tenuto conto sia della  minore  velocità di percorso, rispetto a quella della luce, di particelle  dotate di massa [cosi come dimostrato da Einstein con la Relatività Ristretta], sia dell’identica velocità tra fotoni e neutrini, è stato chiesto come si conciliasse la velocità luminale ormai più che certa attribuita ai neutrini, con la loro dotazione di massa. La lapidaria risposta della prof.ssa Votano  è stata: “I neutrini sono un pochino meno veloci”. 

LE ULTIME FRONTIERE DELLA FISICA QUANTISTICA

L’ “ENTANGLEMENT”  E   LE  ULTIME FRONTIERE    DELLA FISICA QUANTISTICA

di Alberto Zei

SOMMARIO - Si tratta del paradosso spazio-temporale delle particelle sub atomiche  che anche quando sono separate  si comportano contemporaneamente nel medesimo modo.  Rivoluzionarie saranno le imminenti  applicazioni nel campo della informatica.  Ma non è  tutto.

                                                  

 Vi sono delle  situazioni nel mondo scientifico precisamente della fisica quantistica che rispondono a delle condizioni  apparentemente assurde in cui le attese di risultato  sono talmente intricate tra loro da non poter prevedere in nessun modo come potranno definirsi se non  dopo che uno degli eventi si è verificato. Ciò è  dovuto al fatto che lo stesso controllo da parte di coloro che partecipano all’esperimento riesce  di per sé a interferire  determinandone  il risultato nel  preciso istante che questo viene osservato.

Si tratta di un presupposto difficile ad essere compreso dalla nostra mente razionale poiché l’ambiguità di una situazione di questo genere ammetterebbe  che un problema regolato con leggi fisiche dell’universo possa essere determinato dallo spirito di osservazione degli sperimentatori nell’istante  che questi lo osservano.

Il dualismo onda particella

 Nella fisica quantistica infatti, vi sono molti esempi che realizzano  una situazione del genere. Tra di questi  vi è quello dell’ormai famoso gatto di Schrödinger  che nell’esperimento che lo coinvolge non sa  di essere vivo o morto se non nel momento stesso in cui qualcuno apre la porta dell’ambiente per controllarne lo stato vitale. E’ inutile scendere nei particolari ripetendo il racconto ormai noto, ma l’esemplificazione della sovrapposizione dello stato di vita o di morte del gatto in questione corrisponde alla condizione di ambiguità che nella fisica quantistica alcune particelle subatomiche assumono quando sono cogenerate. Infatti, queste particelle (fotoni, elettroni, neutroni, ecc.)  anche se una distanza siderale le separasse,  inizialmente manterrebbero lo stesso stato di ambiguità  di forma d’onda  o di corpuscolo particellare,   fino a quando non si andasse a rivelare la natura di una .della due. L’ altra,  fino allora incapace di  uscire  dalla propria promiscuità  di forma d’onda o di  corpuscolo particellare (materia o energia), assumerebbe  istantaneamente   la medesima natura di quella osservata dallo sperimentatore fino ad avere   spin  o carica  perfettamente speculare.

Sovraposizione di stati incongruenti 

 Il paradosso, che  alla luce del  buon senso  non si dovrebbe realizzare, ha un duplice aspetto. Il primo  consiste   nello stato di  sovrapposizione di essere e non essere  onda o particella; il secondo nel fatto di mantenersi in stato di indeterminazione  fino a quando non si cercherà  di “smascherare” attraverso l’osservazione  questa  doppia indefinita natura.

 Ecco che solo allora,  le due entità si presenteranno candidamente vestite con il medesimo abito: particella l’una, particella l’altra; onda l’una, onda l’altra. Insomma diverranno due gemelli  ma concepiti in modo contrario, come si trovassero  davanti allo specchio, a prescindere dalla distanza intercorrente tra di loro.

 In linea  teorica  se la prima onda particella rivelasse la propria natura nel laboratorio vicino casa, la seconda  si comporterebbe istantaneamente nella stessa maniera anche se si  trovasse nella galassia di Andromeda.

 La trasformazione di  stato, a causa dell’interferenza dell’osservazione umana che impone alle stesse entità di assumere le medesime “sembianze”,  prende corpo, come detto,  quando la prima delle due viene controllata. Questo fondamentale  passaggio  prende il nome di “riduzione”.

Nel concreto

 Se è vero, almeno fino adesso, che l’entanglement  potrà  trasportare  segnali alla velocità superluminali, quindi oltre il limite conosciuto della massima velocità  nell’universo, è altrettanto vero che i segnali  in questione non potranno contenere informazione a causa della imprevedibilità della assunzione di stato (ad es: positivo  o negativo, spin   up o down, ecc).

 Per questa fondamentale ragione,  non essendo possibile imprimere in input alle “particelle messaggere”  alcuna informazione voluta, resta chiaro che il segnale  in arrivo  trascina con sé il peccato originale della sua stessa aleatorietà. Un segnale senza informazione non serve a niente (o quasi). Un altro modo per teorizzare l’entanglement senza coinvolgere la insuperabilità della velocità della luce (“Relatività ristretta”  di Einstein)   è quello sostenuto da molti teorici  secondo i quali   le particelle entangled sono parti di un unico sistema che però è collocato in uno spazio  più espanso e che  quando reagisce,  si comporta come una entità unica integrata.  Per questa ragione la contemporaneità di risposta non realizza  alcuna violazione del limite cosmico della massima velocità consentita.

 L’entanglement  comunque, costituisce  la base di ricerca  delle tecnologie emergenti per il processamento dati i quali, unitamente all’indispensabile  utilizzo dei classici canali di supporto trasmissivo, consentiranno un prodigioso salto di qualità alla informatica in generale e agli  elaboratori elettronici in particolare.

 È bene però precisare che il salto qualitativo non riguarda  la  velocità di trasmissione, per le ragioni prima precisate,  ma la possibilità di superare il codice binario  (0,1) arricchendo l’informazione con la contemporanea trasmissione informatica di altri dati come l’ orientamento  di spin.

 La ricerca sulle possibili applicazioni è, infatti,  in procinto di aprire alla computeristica una nuova era   con  una vera e propria rivoluzione sulla quantità dei dati di elaborazione. Se questo avverrà, allora sarà possibile eseguire un numero esorbitante di operazioni al secondo.

 Il momento di “riduzione”

 Ritornando al  concetto dell’entanglement,  la teoria sta spingendo l’indagine nel cuore del sistema rappresentato soprattutto dal  momento della  “riduzione”.  Invero,  sappiamo che esiste  ad un istante del processo,  il momento  critico dal quale scatta la commutazione  ma ancora non riusciamo a comprendere completamente quale sia il preciso fattore scatenante il cambiamento.

 Si deve, infatti, tener conto che non solo queste entità  particellari  si comportano nel modo descritto  quando una di queste viene misurata,  ma anche quando ci si  accinge a preparare la misura quantunque questa non venga poi  eseguita.

 A questo punto si può ben comprendere su quale terreno l’entanglement ci ha condotto; terreno che qualcuno non esiterebbe a considerare metafisico se non esoterico.

Le nuove frontiere della scienza

 La prospettiva che si sviluppa nel campo della comunicazione ed in particolare dell'informatica è quella della di un'intelligente applicazione delle nuove possibilità offerte dall'entenglment. Omettendo una esauriente descrizione del  metodo, si vuol porre  soltanto in evidenza che mentre l’informatica classica si avvale  del “bit” dotato soltanto di due livelli di stato (zero o uno) l’entenglement offre invece con il  “qubit”  (quantum bit) una scala di valori praticamente senza soluzione di continuità così come può essere l’orientamento sincrono degli spin di due o più particelle entangled.

 Aggirare gli ostacoli che si frappongono  alle leggi dell’universo per attivare ciò che si rende necessario al progresso della scienza e dell’umanità, non è da poco. L’uomo possiede però la più potente arma dell’universo che la forza del pensiero creativo  espressa dalla sua volontà

Oltre la dimensione reale

 Molto ancora  vi sarebbe da approfondire sulla progressione degli eventi di coerenza che le particelle/onde  assumono nella fisica quantistica.

 Ma le leggi del cosmo  sono così differenti da quelle che sovraintendono il comportamento umano?

 Sarà interessante esaminare, in una prossima occasione, se le leggi che dominano la materia e l’energia siano le stesse che riguardano l’Uomo.   

SCOPERTA FINALMENTE LA "FORMA" DELLA MATERIA?

BOSONE DI HIGGS E FORZA DI COLLISIONE

Introduzione a IL BOSONE DI HIGGS E LA PARTICELLA DI UN DIO MINORE di Alberto Zei

 Dopo l’annuncio dello scorso 4 Luglio, da parte di Fabiola Gianotti e Joe Incandela, a nome della folta comunità di scienziati del Cern di Ginevra - circa l’individuazione del bosone (1) di Higgs (2) da parte del LHC (3) -, per tutto il mese, Tv e giornali si sono sbizzarriti nella ricerca del titolo ad effetto per comunicare la notizia. Neanche male, se il tentativo è quello di avvicinare il grosso pubblico alla fisica quantistica. Si è parlato così di “primo mattone per la costruzione dell’universo”, di “principio che crea la materia”, di “particella di Dio”, di “anima” o “scintilla divina”.

 
 Io preferisco parlare di “forma" della materia, intendendo con ciò la particella in grado di aggregare, dare massa a tutte le altre particelle, e senza la quale i corpi non esisterebbero ma, come si è osservato da più parti, sarebbero solo particelle vaganti alla velocità della luce o flipper impazziti.
 

 La scoperta, se ulteriormente confermata, non è di poco conto, non solo per il fascino in sé che è capace di esercitare sulla mente umana sempre a caccia dei “fondamenti” circa l’origine e l'inizio dell’universo, ma anche e soprattutto per le implicazioni che ne derivano sia in campo scientifico che religioso, senza tuttavia che scienza e fede debbano di necessità modificare il proprio punto di vista. 

 Com’è facile intuire, infatti, il ritrovamento in natura di un “principio primo” capace di unificare la materia e darle forma, è argomento che può essere utilizzato a sostegno di tesi diverse, anche in conflitto tra loro o comunque divergenti nelle finalità.
 

 L’articolo che segue fa il punto sullo stato della ricerca, ma contiene anche considerazioni problematiche da non sottovalutare. Ne sottopongo ai lettori solo qualcuna per la loro riflessione:
 

 1)l’attendibilità della recente scoperta che dovrà essere sottoposta a ulteriori verificazioni.
 

 2)la valutazione circa l’impossibilità di trovare il cosiddetto punto fermo o “inizio” del Tutto, come dimostra il principio di indeterminazione di Heisenberg che, com’è noto, ha già scalfito alla base non tanto la teoria del “Big Bang”, ma l’idea che prima della “Grande Esplosione” nulla vi fosse nell’universo. Argomento che dimostra ancora una volta come la fisica altro non sia che una “filosofia sperimentale”. Già il grande filosofo Immanuel Kant parlò del “finito”[concetto filosofico analogo al “punto fermo” o “inizio”] come di un concetto troppo piccolo per la mente umana e dell’infinito [in analogia con il principio di indeterminazione] come di un concetto troppo grande.
 

 3)l’implicita considerazione che il bosone di Higgs, ove risultasse validato, sarebbe pur sempre l’aggregatore di circa il 5% della materia, restando del tutto sconosciuto “il comportamento” della restante parte che si è soliti chiamare materia o energia oscura, perché ne ignoriamo le caratteristiche, pur sapendo che interagisce costantemente con la materia conosciuta. Dunque, conclude acutamente Alberto Zei, il bosone di Higgs può essere al massimo “la particella di un dio minore”…
sergio magaldi


IL BOSONE DI HIGGS  E  LA  PARTICELLA  DI UN DIO MINORE
Di Alberto Zei

Il setaccio  della ricerca

 L’estrema capacità del bosone di Higgs di nascondersi e confondersi  nel nutrito fascio delle particelle emesse dalla collisione  dei protoni,  lanciati a velocità quasi luminale all’interno del LHC di Ginevra, rende ancor più precaria e difficile la sua intercettazione attraverso le linee tracciate nei rivelatori, durante la sua brevissima vita.

 Questo problema di scarsa “visibilità” sussiste in modo serio in quanto,  le linee  rivelate non  sono di univoca interpretazione e la presenza di questo ormai “famigerato” bosone,  potrebbe essere  stata  equivocata  per la ingannevole somiglianza con le caratteristiche che in teoria  si ritiene debba possedere ma che potrebbero appartenere a  particelle simili.

 

 La più esotica delle possibilità sarebbe quella di  non avere individuato la provenienza da un’altra opzione, anche se un po’ meno probabile,  quella cioè, di particelle afferenti ad una teoria diversa da quella standard (4), ad esempio, alla supersimmetria(5) .

 Più probabilmente, però, potrebbe trattarsi  di un aspetto particolare e plurimo di particelle similari che il campo di Higgs genera, in accordo con la  “elasticità di aspettazione”, ossia con la probabilità di presenza riscontrata allorché i “quasi bosoni di Higgs”, che sorgono improvvisi  dalla rottura della simmetria  dei campi, conferirebbero (il condizionale è ancora d’obbligo) la massa alle  particelle che transitano entro la distanza critica.

  

La rivelazione

 Vediamo ora con ordine di seguire questa genesi particellare che avviene a circa 126 GeV(6).

 Prima di tutto vi è il campo di Higgs che, per rendere l’idea di che si tratti, viene immaginato come uno spazio riempito di un fluido di forza (debole) che avvolge lo zoo di tutte le particelle contenute; figura questa da estendere però nella realtà, a tutto lo spazio dell’universo. Il bosone di Higgs è l’espressone di forza di questo campo che assume la fondamentale importanza di conferire la massa a tutto lo zoo di particelle contemplate dalla Teoria  standard. 
 
 Il meccanismo del passaggio è l’oggetto della attuale ricerca sperimentale  che dovrebbe provare ciò che in teoria è stato ipotizzato, ma che, soltanto a riprova avvenuta, potrà entrare trionfalmente  nella formulazione  matematica della QED (7).

 E’ bene dire però,  che nella Teoria elettrodebole  il bosone di Higgs è soltanto una  delle espressioni  di campo tra le quali si evidenziano per importanza i bosoni di Gauge W+, W- e Z°(8).

Il complesso campo di Higgs

 Il bosone di Hggs non conferisce direttamente massa alle particelle, come correntemente si dice, ma si avvale per questo dei bosoni di Gauge decadendo rapidissimamente in altre quantità infinitesimali.

 Per meglio comprendere il  procedimento, ritorniamo al campo di Higgs, che è un campo scalare, dotato cioè di valori con un  solo grado di libertà e dove il bosone di Higgs  che non può avere spin, si identifica  conseguentemente con la sua stessa antiparticella.

 In effetti il campo di Higgs, visto più approfonditamente è un campo complesso, costituito da due campi  a loro volta così formati: uno, da un doppio campo simmetrico dotato di due medesimi spin (doppietto isospin debole)  e l’ altro,  da un  campo  dotato di carica 1 (singoletto di ipercarica debole)(9).

 A questo punto per districare la matassa, come si suol dire, subentra la matematica con la quale si perviene  alle caratteristiche delle forze attraverso la conoscenza dello spin, della carica e della mancanza di carica (carica 0) del bosone di Higgs.

 Qui avverrebbe  il miracolo della “particella di Dio”; il miracolo, si fa per dire, consisterebbe nell’aver trovato sperimentalmente quella particella,  che  la teoria aveva  matematicamente ipotizzato ma che finora, a più basse energie di quella attualmente raggiunta dal LHC  (7 TeV)(10), non dava segni di esistenza.

Il trasferimento di  massa 
 
 I campi interni al campo di Higgs  sono inizialmente,  il campo scalare  con un solo grado di libertà (per rendere l’ idea,  come ad  esempio il valore della temperatura); il campo vettoriale con due gradi di libertà  (ad esempio i valori angolari). Il  doppietto elettrodebole è  collegato al campo vettoriale (due  gradi di  libertà)  e quello del singoletto  al campo scalare (un grado di libertà). Ad un certo punto si rompe la simmetria attraverso una discontinuità di campo che in questo  intervallo, acquistando il terzo grado di libertà, diviene tensoriale.

 Per meglio comprendere  come avverrebbe il trasferimento,  va detto  che lo scambio  dell’energia (massa), dai campi ai bosoni, viene matematicamente calcolato dalle cosiddette derivate covarianti (di significato contenuto nello stesso termine) che sostanzialmente quantificano l’energia contenuta nel collegamento direzionale che congiunge i campi alle particelle, esprimendone così, anche la variazione di forza (massa), ovvero l’arco di curvatura della intensità delle forze (accelerazione) in funzione della distanza.

 Bisogna tuttavia precisare che il complesso campo di Higgs contiene anche un altro tipo di bosoni: i bosoni di Goldstone (11) che, senza entrare in particolari, sono però fondamentali  per il trasferimento massa in quanto, interagendo con i bosoni W+, W- e Z°, rompono  la  simmetria di campo che passa  da due gradi di libertà, come abbiamo visto, a tre gradi (tensoriali), trasferendo, proprio in virtù di questa violazione  di  simmetria, l’equivalente energia di massa.
 
 Il bosone di Higgs è l’espressone di forza di questo campo che assume la fondamentale importanza di conferire la massa a tutto lo zoo di particelle contemplate dalla Teoria standard.

 
 

 


Il nuovo inizio della ricerca
 
 Il problema non finisce qui; anzi diciamo che dopo questa tappa fondamentale, la ricerca  inizia da capo per avvicinarci alla mente… diciamo,  della  “grande creazione”.

 Innanzi tutto la particella che dovrebbe rappresentare il bosone di Higgs, chiamata la particella di Dio (per attribuire a questa l’origine della massa di tutto l’universo) non si è ancora inequivocabilmente mostrata nei rivelatori del CERN, in quanto le accertate presenze particellari non coinciderebbero con  alcuni dei valori attesi né  con la frequenza probabilistica di ripetizione dei medesimi eventi (elasticità di aspettazione). Ciò lascia pensare che potrebbe trattarsi di uno o più  “quasi bosone di Higgs”, tutti in tal caso probabilmente correlazionati  al campo di Gauge (quindi trini), oppure di una nuova particella esotica che  rientrerebbe  comunque  nel “sigma” (probabilità) dei valori attesi,  intorno, appunto, ai 126GeV.

 D’altra parte, la non esatta corrispondenza della particella  al  bosone di Higgs previsto dalla teoria,  lascerebbe paradossalmente sperare proprio per questa leggera differenza, come spiegato  in seguito,  di avere individuato la genesi del  trasferimento della massa all’intero universo visibile,  e  di esserci così,  maggiormente avvicinati  alla mente della creazione.

 Siamo però ancora alquanto distanti dalla unificazione delle quattro forze fondamentali della natura con la cosiddetta Teoria del tutto,  poiché la gravità seguita ancora a sfuggire, oltre al fatto che la materia  oscura  (che per ora si sottrae alla nostra comprensione)  costituisce la stragrande quantità  di materia  dominante rispetto alla massa  dell’ intero universo.

 Il bosone di Higgs potrebbe casomai  essere la  particella di un Dio minore.

 

Semplice ed elegante

 Una conclusione di tal genere contrasta con quanto Einstein nei primi anni dello  scorso   secolo,  aveva escogitato per definire il momento della creazione (Big Bang) come una “singolarità”: espressione significativa di  uno spazio ed un  tempo infinitesimi dei quali non era più possibile calcolare alcun dato. 

 Questo concetto è stato però sovvertito qualche tempo dopo  dalla semplice ed elegante dimostrazione matematica di Heisenberg che stabilisce inequivocabilmente che non può esistere un punto di spazio o di tempo, al di sotto di un certo valore, da cui si possa individuare dove e quando un evento abbia avuto origine. Così come non potrà esistere un punto di “singolarità” spazio-temporale in cui possa essere indicata in modo univoco una sola particella [come il bosone di Higgs], attraverso la quale abbia avuto origine la grande creazione della  materia di tutto l’ universo.

Il limite umano alla mente di Dio

 Risalendo  a ritroso nel tempo e nello spazio verso l’infinitamente  piccolo, si raggiunge un punto oltre il quale nulla è più  quantificabile e tutto diviene indeterminato: indeterminato lo spazio, indeterminato il tempo, indeterminata l’energia  mentre   subentra  l’impossibilità di eseguire  ogni tipo di misura.
 
 Questo limite invalicabile  non è poi così tanto peregrino perché oltre alla dimostrazione matematica di Heisenberg, la convalida della universalità  del principio, permea anche  la filosofia della scienza in ausilio della razionalità umana del sapere fino al limite, oltre il quale subentra il paradosso, rappresentato di solito da un loop regressivo perversamente illogico.
 
 Concludendo sul tema  della “particella di Dio”, anche nell’ambito della fede, ad un certo livello di approfondimento, l’immagine e il  nome di Dio si rivelano ineffabili e come tali restano nella indeterminazione del pensiero trascendente di quasi tutte le religioni e/o delle più importanti scuole esoteriche di ispirazione laica. 

 NOTE

(1) I bosoni, cosiddetti in onore del fisico Satyendra Nath Bose, sono particelle subatomiche a spin intero [unità di grandezza del vortice, associata alle particelle] e che, a differenza di altre particelle, non seguono “il principio di esclusione” di Pauli, potendo occupare in numero illimitato lo stesso “spazio” o “stato” energetico.
 

(2)Peter Higgs, fisico inglese vivente, teorizzò nel 1964 l’esistenza di questa particolare particella.
 

(3)LHC: Large Hadron Collider cioè Grande collisore di adroni. Gli adroni [dal greco adròs, forte] sono particelle subatomiche formate da bosoni e fermioni. I fermioni, cosiddetti in onore di Enrico Fermi, sono con i bosoni una delle due classi in cui si dividono le particelle.
 
(4) La Teoria standard è il modello che spiega l’architettura di base della natura.
 

(5)La Supersimmetria è una simmetria che associa tra loro particelle bosoniche a spin intero con particelle fermioniche a spin semi-intero.
 

(6) 126 GeV: 126  miliardi di elettronvolt. Elettronvolt: Unità di misura dell'energia acquistata da un elettrone quando è accelerato da una differenza di potenziale elettrico di 1 volt.  

(7)QED: Teoria quantistica elettrodebole.
 

(8) Gauge W+, W- e Z° - Particelle della forza debole,  ipotizzate da Gauge,  che mediano (trasferiscono) la   massa  dalla  particella di Higgs alle altre particelle che,per effetto di questo trasferimento(teoricamente deducibile),acquistano materia.
 
(9)Doppietto isospin debole e singoletto di ipercarica debole: concetti essenzialmente matematici con cui si indica la modalità di raggruppamento delle particelle. 

(10) 7 TeV: 7 mila miliardi di elettronvolt.
  

(11)Bosoni di Goldstone: particelle che in prossimità di altre provocano la rottura della simmetria del campo (violazione) e che pertanto,  consentono ai bosoni di Gauge di ricevere la massa dal bosone di Higgs.