La particella più piccola in un atomo? Non è vuota, ma non si può dividere

Disegno di un quark con onde di luce azzurra

Un’immagine artistica di un quark, la particella più piccola osservabile dalla scienza (1)

Uno dei miei chiodi fissi è sempre stato quello di capire di cosa è fatta la particella più piccola a livello subatomico. In pratica, se prendiamo un atomo e continuiamo a dividerlo nei suoi componenti sempre più piccoli, la logica vuole che a un certo punto troveremo una particella non divisibile.
Se davvero è così, di cosa è composta questa particella? Di nulla? E come facciamo a quantificare il nulla?

Una risposta (purtroppo non definitiva) ce la dà Antonino Zichichi, un fisico italiano che io ammiro moltissimo, anche se non condivido alcuni suoi punti di vista di carattere “filosofico”.
Zichichi ha una mente senz’altro geniale e lo dimostrano le onorificenze ricevute: nel 2001, per esempio, ha ricevuto la medaglia d’oro ai benemeriti della cultura e dell’arte, un premio previsto dalla Repubblica Italiana e dato a chi si è distinto in particolari campi della cultura. A lui è stato dedicato addirittura un asteroide, che prende appunto il nome di 3951 Zichichi. Ma basta guardarlo intervenire nelle trasmissioni televisive per capire che ha un cervello frenetico, attivo, e pronto a rispondere alle domande fatte anche dai “comuni mortali” che di scienza se ne intende poco.

Nel suo libro Perché io credo in Colui che ha fatto il mondo, Zichichi cerca di spiegare perché sia convinto che scienza e fede vadano a braccetto, nonostante i luoghi comuni affermino il contrario. Secondo lo scienziato, esistono lati della scienza che non possono essere spiegati se non chiedendolo a «Colui che ha fatto il mondo» in persona.
Non sono qui per disquisire sui suoi ragionamenti: primo, perché non è il tema dell’articolo; secondo, perché devo ancora completare la lettura del libro e quindi al momento non posso permettermi di sbilanciarmi. Quello che ci interessa è uno degli esempi che riporta.

Noi tutti sappiamo che la materia (quella di cui è formato un qualsiasi oggetto, che sia un sasso o un corpo umano) è formata da atomi e che questi atomi possono essere a loro volta divisi in particelle più piccole. Naturalmente questa divisione la si può fare solo con strumenti di laboratorio.
Il protone – spiega Zichichi – è uno dei componenti dell’atomo. Se lo dividiamo, dentro ci troveremo 3 quark tenuti uniti da un’enorme quantità di gluoni. Questo è un dato assodato, dimostrato in laboratorio. Sappiamo inoltre che i quark possono essere di sei tipi a cui si è dato il nome di up, down, strange, charm, beauty, top.

I dati teorici (uscito da un esperimento al laboratorio SLAC) dimostrano anche che basterebbe far scontrare due protoni per fare in modo che i quark si stacchino tra loro.

Ed ecco sorgere il problema.
Zichichi e il suo team, grazie all’ISR (l’acceleratore di particelle del CERN), sono riusciti a far scontrare fisicamente i due protoni, ma contro ogni aspettativa questi non si sono separati nei loro quark. L’energia usata per far collidere i due protoni era enorme: l’esperimento non poteva fallire.

Profilo di Antonino Zichichi con lavagna alle spalle

Antonino Zichichi, che assieme al suo team ha dimostrato come il protone non possa essere diviso (2)

In poche parole, abbiamo due dati esattamente contrapposti, che gli scienziati non mettono minimamente in dubbio:
– il primo, allo SLAC, afferma che i protoni si devono separare in quark se li si scontra tra loro
– il secondo, al CERN, afferma che una forza incredibile tiene i quark uniti tra loro, per cui non abbiamo mezzi per dividere un protone

La risposta si è avuta tempo dopo e si chiama forza non-abeliana. Non mi addentro troppo nella descrizione, chi è curioso può cercare maggiori informazioni sul web, qua mi limito a citare i dettagli che ci servono.
Le particelle (es: atomi) sono unite tra loro grazie alla Forza Elettromagnetica, una delle quattro forze principali che governano l’universo conosciuto. La Forza Elettromagnetica si dice di natura abeliana e fa meno “presa” a mano a mano che le particelle di allontano tra loro. Quindi se “tiriamo” due atomi, prima o poi si staccano.

Le forze che tengono uniti i quark, però, funzionano al contrario. Più i quark si allontano tra loro e più la forza diventa potente. Anzi, quando due quark si allontanano fino a un milionesimo di milionesimo di mm, la forza di attrazione tra loro diventa quasi infinita.
Ecco perché, per quanta energia usiamo per “tirarli”, i quark non si staccano; ed ecco perché sono chiamate forze non-abeliane.

Naturalmente sembra assurdo. Come fa una forza del genere a esistere tra i quark, quando al “livello superiore” esiste una forza esattamente contraria?
Zichichi prende queste prove come un chiaro esempio che «Colui che ha fatto il mondo» ha creato un sistema a noi incomprensibile per spiegare l’ultimo tassello dell’esistenza.

Ma Zichichi è uno scienziato, e come ogni scienziato che si rispetti basa le sue idee sugli esperimenti. Se un esperimento è valido e può ripetersi, allora è esatto.
E’ un concetto che condivido anch’io, ma non sono d’accordo sulle conclusioni. Il fatto che non si sia capito come “strappare” due quark tra loro non significa che non sia possibile farlo. In futuro, a distanza di anni o decenni, la scienza potrebbe riuscire dove la nostra logica attuale non arriva. E’ successo per moltissime teorie passate. La nostra mente attuale potrebbe semplicemente non essere abbastanza formata per arrivare a capirlo.

Quale sia la risposta, purtroppo al momento non abbiamo modo di trovarla. Rimane quindi la domanda iniziale:
Di cosa è fatta l’ultima particella? Di nulla? E come facciamo a quantificare il nulla?

Bibliografia


Perché io credo in Colui che ha fatto il mondo
, di Antonino Zichichi

Copyright immagini

(1) http://guillebot.deviantart.com/art/Quark-126394087
(2) http://www.sanmercuriale.it/zichichi.htm

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