Misteri. L’infinitamente piccolo. La particella senza nome che inaugura la nuova fisica
di Gianni Parrini - 13/04/2011
Non sempre una scoperta porta certezze. Talvolta può far nascere dubbi, incrinare tesi date per scontate e produrre una sorta di «spaesamento scientifico». Ma è così che la conoscenza avanza. Qualcosa del genere l'aveva già spiegato Popper con la falsificabilità, oggi invece la comunità internazionale si trova a commentare con qualche imbarazzo e un misto di incredulità ed entusiasmo i dati rilevati dal Fermilab di Chicago.
Nei laboratori americani, infatti, mentre si dava la caccia al celebre bosone di Higgs - l'anello mancante per spiegare come mai le particelle elementari hanno masse così diverse - sono stati registrati segnali sconosciuti che i fisici non sono riusciti a far corrispondere a niente di quello che si aspettavano di vedere. In pratica, durante le collisioni protone-antiprotone avvenute nell' acceleratore Tevatron sono saltate fuori tracce di una particella esotica, non contemplata dal Modello Standard, la formulazione che già dalla metà del secolo scorso comprende e descrive le particelle elementari e (quasi) tutte le forze finora conosciute. E proprio questo gigantesco impianto teorico, che tiene insieme meccanica quantistica e Relatività speciale, e le cui previsioni sono state in larga parte verificate sperimentalmente, rischia di sgretolarsi di fronte alla nuova, minuscola particella, la cui esistenza se confermata - potrebbe rappresentare la chiave d’accesso a una «nuova fisica».
La coppia di bosoni Co-leader dell'esperimento «Collider Detector at Fermilab» (CDF), in cui lavorano oltre 500 scienziati provenienti da tutto il mondo, è l'italiano Giovanni Punzi, professore associato all'università di Pisa e membro dell'Istituto nazionale di Fisica nucleare (Infn). «La particella è venuta fuori per caso - spiega Punzi -. Stavamo studiando il decadimento di una coppia di bosoni W, quando abbiamo notato un picco addizionale non previsto». La sorpresa era dovuta a due particolari «getti» di adroni, che in genere rappresentano la firma del decadimento di una particella pesante. Nel caso specifico, si sarebbe trattato di un oggetto con una massa 150 volte superiore a quella del protone! «All'inizio abbiamo pensato che si trattasse di un errore dovuto a un difetto di calibrazione o di una nostra cattiva comprensione di processi che producono decadimenti simili - prosegue Punzi -. Ma dopo un anno di prove e tentativi, il picco continuava a manifestarsi e così abbiamo deciso di preparare un articolo per divulgare la notizia». E il testo è stato accettato dalla «Physical Review Letter».
I maligni notano che l'annuncio arriva proprio nel momento in cui il Tevatron si appresta a uscire in silenzio dalla scena della ricerca: nel gennaio scorso, infatti, dopo 23 anni di gloriosa attività, il dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha deciso di mandare in pensione il vecchio acceleratore che a settembre chiuderà i battenti. Sulla decisione probabilmente - ha pesato anche il soverchiante prestigio del Large Hadron Collider di Ginevra, il gigantesco acceleratore che studia le proprietà della materia in uno spettro di energia assai più elevato: 7 Teraelettronvolt contro i 2 dell'omologo americano. E così, mentre gli occhi del mondo erano fissi sul Cern e sul più grande strumento di ricerca mai costruito dall'uomo, è arrivato del tutto inatteso il colpo di coda del Fermilab, che porta a casa un risultato di portata rivoluzionaria. O almeno così pare.
Ulteriori conferme Molti fisici teorici, infatti, appaiono ancora dubbiosi e attendono ulteriori conferme prima di commentare le prospettive aperte dalla scoperta della nuova particella. Lo stesso Punzi usa cautela: «Le nostre osservazioni hanno ottenuto 3 sigma nella scala utilizzata a livello internazionale per stabilire la solidità di uno studio (5 sigma è il livello richiesto per considerare una scoperta un fatto acquisito ndr). Ciò significa - aggiunge - che siamo di fronte ad una “evidenza” considerata molto indicativa, ma che dovrà essere ancora indagata». Di sicuro, se questo canto del cigno del Fermilab dovesse essere confermato, scompiglierebbe le carte sul tavolo della fisica contemporanea, tirando in ballo teorie estrose e postulando persino l'esistenza di una quinta forza, oltre alle quattro già note: gravità, magnetismo, forza nucleare debole e forte.
«Preferisco lasciare le ipotesi ai teorici - spiega Punzi, che sottolinea il ruolo di punta nelle ricerche in corso di Viviana Cavaliere (alla University of Illinois at Urbana-Champain), Pierluigi Catastini (alla Harvard University) e Alberto Annovi (all’INFN di Frascati) -. Sono già usciti un discreto numero di articoli che avanzano ipotesi affascinanti. I sostenitori del modello “Technicolor”, ad esempio, tirano in ballo l'esistenza di un nuovo tipo di forza, simile alla nucleare forte, ma che agisce a livelli di energia molto più alti. Come possiamo immaginarla? Innanzi tutto, occorre dire che non vi sarebbero manifestazioni esperibili direttamente dall'uomo: si tratterebbe di una forza che ordina il “dietro le quinte” della natura e da cui sono influenzati molti dei fenomeni osservabili che ancora non siamo stati in grado di spiegare».
Un sostituto del bosone di Higgs, una variante della particella Z scoperta dal Nobel Carlo Rubbia o una chiave per risolvere la gerarchia tra le forze? Queste le domande a cui si spera di poter dare risposta. Staremo a vedere, sempre che Lhc non faccia un ultimo sgarbo all'omologo d'oltreoceano: per ironia della sorte toccherà all'acceleratore ginevrino svelare il mistero della nuova particella e ad aprire (o chiudere) le porte alla nuova fisica. E forse anche quelle del Fermilab.