Ricci Sindoni: «La vera sfida è imparare dalla natura»

Prosegue serie di riflessioni dedicate al rapporto tra scienza, società e la persona nella sua interezza per aprire uno spazio in cui interrogare il modo in cui la ricerca scientifica — compresa la cosiddetta “scienza dura” — incide sulla nostra idea di conoscenza, responsabilità, progresso, limite, cura, decisione pubblica, spiritualità. Voci autorevoli capaci di aiutare i lettori e la comunità intellettuale a comprendere perché la scienza non riguarda soltanto gli specialisti, ma il modo in cui l’uomo pensa se stesso e il suo rapporto con il mondo 

Basta allontanarsi di qualche chilometro da Ginevra - 8 con precisione - per ritrovarsi in aperta campagna di fronte ad una cittadella particolare, fatta da costruzioni tutte uguali e, più in alto, da un edificio basso il cui fabbricato si snoda sottoterra a circa 100 metri di profondità, dove è stato situato LHC (Large Hadron Collider), il più potente acceleratore di particelle subatomiche mai costruito sinora. Siamo al CERN (Centro europeo della fisica nucleare), animato da più di tremila di giovani fisici, provenienti da ogni parte del pianeta e collegati giornalmente da più di diecimila colleghi, tutti concentrati a realizzare una serie di esperimenti, volti a interrogare la natura nelle sue più piccole particelle, quelle in grado di chiarire l’origine di quel composto -energia e massa- che ha dato il via alla vita sulla terra. La fisica nucleare offre in questo luogo straordinario tra Svizzera e Francia, l’immagine di una scienza corale, dove conta la comunicazione, lo scambio della ricerca, la trasmissione immediata dei dati, l’informazione continua dell’indagine, che nei giorni, nei mesi, negli anni ha permesso di raggiungere risultati impensabili.

I giovani borsisti che vi lavorano, accanto a scienziati di tutto il mondo, hanno così il privilegio di contribuire alla formazione della scienza fisico-nucleare e, nonostante la fatica di giorni e anni interi dedicati alla ricerca, si preparano, tornando nelle loro rispettive nazioni, a perpetuare questo modello di lavoro, dove certamente emergono alcune figure eminenti di scienziati vincitori di Nobel, ma dove si matura una cultura scientifica fatta dal “noi”, più che dalla mente isolata di un singolo studioso. I fallimenti sono condivisi, così come i successi: ciò che conta è l’obiettivo comune e il lavoro paziente dei piccoli passi che possono allungarsi anche per decenni. Si pensi a quell’intuizione straordinaria di Peter Higgs, nata negli anni sessanta del secolo scorso e che ha trovato successo solo nel 2012, facendogli vincere il Premio Nobel.

L’idea di fondo che muove da sempre il lavoro del Cern non è quello di controllare la vita, piegandola a leggi e meccanismi creati in laboratorio, ma di interrogarla, di osservarla, rispettandone le sue complesse armonie organizzatrici, sino a puntare alla domanda di tutte le domande, relativa all’origine, in cui energia e massa si sono reciprocamente intrecciate per dare origine alla vita dell’universo. Si è talvolta obiettato che questo scopo può apparire “speculativo”, poco essenziale visto l’enorme investimento scientifico e le molte urgenze concrete che premono sullo sviluppo, assai complesso, della vita sulla terra, dalla lotta alla fame, alle guerre, ai cambiamenti climatici.…

Vale la pena perciò comprendere meglio le motivazioni del Cern, per carpirne l’intenzionalità scientifica fondamentale mediante il chiarimento di alcuni importanti passaggi. Come è noto, la materia ordinaria è fatta di atomi, ognuno dei quali è formato da un nucleo circondato da una nuvola di elettroni. I nuclei sono costituiti da protoni e neutroni, a loro volta costituiti da quark. Non si è mai riusciti ad osservare un quark isolato: i quark, così come i gluoni, sembrano essere permanentemente legati fra loro e confinati dentro particelle composite. Questa “zuppa primordiale” va però ricreata, affinché possa dare delle risposte in ordine alla loro nuova composizione, operazione da compiersi attraverso una accelerazione potente, alla velocità della luce, che viene assicurata dal LHC, costruito sotto terra in forma circolare in un tunnel lungo 27 chilometri nel confine tra la Svizzera e la Francia. Tramite collisioni frontali di nuclei pesanti (ad esempio nuclei di piombo) accelerati di continuo si rende possibile vedere la formazione delle “gocce” di tale materia primordiale ed osservarle mentre, espandendosi e raffreddandosi, si trasformano nuovamente in materia ordinaria.

Studiando questi eventi l’esperimento chiamato ALICE ha potuto esplorare in profondità la fisica del confinamento, di sondare le proprietà del vuoto, di elucidare il meccanismo della massa nell’interazione forte e di fornire una idea di come si comportasse la materia immediatamente dopo il Big Bang. C’era comunque ancora un vuoto da colmare in questa fase della fisica delle particelle e solo la scoperta del bosone di Higgs ha offerto la prova sperimentale del meccanismo che dà origine alla massa, ossia alla materia ordinaria. Si è infatti notato in un tipico processo di “annichilazione” che un elettrone e un positone scompaiono per far comparire decine di particelle che nulla hanno a che fare con gli elettroni e i positoni. Ĕ come se -nota per semplificare il fisico del Cern Ugo Amaldi- la scomparsa di due fragole desse origine ad un profluvio di noccioline, banane, pere, mele e frutti di ogni tipo. Come è possibile che quando le due particelle collidono nel vuoto compaiono materializzati sei tipi di coppie di quark-antiquark e di leptone-antileptone? Insomma nello spazio vuoto in cui avviene l’annichilazione vengono a crearsi nuove particelle; allora questo spazio non è “vuoto”, ma è abitato da enti impalpabili, che i fisici chiamano campi. Quando non c’è energia i campi sono inerti, quando la si immette i campi sono eccitati e si propagano nello spazio, portando con sé una parte di energia.

Questo processo, complesso e studiato per anni, al fine di comprendere come le particelle,” svuotate”, diano origine ai campi, è stato chiarito dalla teoria quantistica, molto complicata da analizzare qui. Resta il fatto che, una volta compiuto questa ulteriore scoperta, ha preso il largo la fiducia che il cosiddetto “campo di Higgs” poteva generare ulteriori prove dell’esistenza del “bosone”, quell’entità subatomica capace di dare peso e sostanza alle cose. Dal momento che ogni sistema fisico tende ad andare nello stato di energia minima, lo spazio vuoto non è quindi veramente vuoto, ma affollato di “ondelle” (le onde sferiche elementari in cui successivamente si suddivide un fronte d’onda, come capita ad un sasso gettato nel lago che produce una serie di piccole onde). Queste si attraggono e “si trovano bene” sovrapposte le une alle altre. Occorreva perciò che questo stato speciale di bosoni, chiamato condensato di Higgs, fosse trattato nel LHC affinché passasse dal vuoto-pieno” al quel “vuoto-vuoto”, ricreando in tal modo ciò che era accaduto subito dopo il Big Bang, ossia lo stato originario dell’inizio dell’universo.

Il 4 luglio 2012 i dati del successo del bosone di Higgs furono resi pubblici: finalmente era stato possibile riprodurre dopo milioni di tentativi di accelerazione di energia, il meccanismo che dà massa alle particelle. Il premio Nobel Martinus Veltman ha spiegato con una metafora cosa era realmente successo: nel campo di Higgs le particelle acquistano massa come pezzetti di carta assorbente che succhiano inchiostro. I pezzi di carta rappresentano le singole particelle e l’inchiostro rappresenta l’energia. Questo avviene differentemente a seconda della diversità di dimensioni delle particelle, che assorbono quantità diverse di massa. La massa osservata dipende dalla capacità della particella di assorbire energia.

Finalmente, nota ancora Ugo Amaldi, l’inafferrabile bosone di Higgs era caduto nella rete di LHC, dopo decenni di lunghi esperimenti andati a vuoto. Si cominciò subito a parlare impropriamente del “bosone di Dio”, espressione fuorviante e impropria, ma ormai preda della comunicazione interplanetaria. Come ha detto giustamente Fabiola Gianotti, Direttrice del Cern sino al 2025, i paradigmi scientifici e le credenze religiose seguono percorsi differenti, mai omologabili. Restava comunque straordinario che le particelle, o meglio, i campi trovati dotati di massa, fossero mantenuti in essere, ossia ad “esistere”, a disposizione della ricerca fisica, che continua anche oggi a produrre dati scientifici, frutto di una infinità di esperimenti come, ad esempio, quello capace di spiegare in che modo dall’iperforno cosmico si è progressivamente giunti a temperature utili alla sopravvivenza della vita.

Al di là e oltre questa esaltante scoperta della fisica nucleare, tutta la scienza nelle sue numerose articolazioni e tutta la cultura interplanetaria approdavano ad una importante verità: finalmente si conosceva la struttura della natura, l’articolazione della materia nella genesi dell’universo, il suo modo di venire alla luce e di comportarsi nei secoli a venire. In questo scenario la scienza fisica offriva i suoi servigi alla tecnologia, le cui applicazioni pratiche continuano a mostrarsi utili e feconde. Accanto agli edifici del CERN infatti sorge un importante laboratorio della Fondazione TERA (Fondazione per Adroterapia Oncologica), la cui attività principale è lo studio delle applicazioni della fisica delle particelle e degli acceleratori (come protoni e ioni carbonio) alla medicina e all’oncologia, nota come adroterapia. Fra i suoi più importanti risultati è stato il progetto innovativo che ha portato alla realizzazione del CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) a Pavia.

Ulteriori importanti applicazioni riguardano, ad esempio, le biotecnologie, in un senso nuovo del termine, poiché le strutture materiali della vita su basano su proteine che noi potremmo produrre soltanto con l’aiuto degli enzimi forniti da organismi viventi, dunque guardando e imitando la natura. Lo sviluppo di queste nuove tecnologie costituirà una grandiosa sfida intellettuale, dato che non siamo ancora in grado di comprendere il modo in cui la natura abbia sviluppato, nel corso di miliardi di anni di evoluzione, delle “tecnologie” che superano di gran lunga le nostre ricerche scientifiche. Come fanno, ad esempio, i molluschi a produrre una colla che li attacca a qualunque oggetto nell’acqua? Come fanno i ragni a tessere un filo che, a parità di peso, è cinque volte più resistente dell’acciaio? In che modo l’aliotide (una specie di mollusco marino) riesce a sviluppare una conchiglia che è due volte più resistente delle nostre ceramiche ad alta tecnologia? E le formiche che, una volta infettate da un qualche virus e destinate ad una morte collettiva, riescono ad autoprodurre un vaccino capace di rimettere in salute tutta la comunità? Insomma, come fanno queste creature a realizzare i loro miracoli materiali in acqua o sottoterra, a temperatura ambientale, in silenzio e senza produrre alcun rifiuto tossico?

Imparare dalla natura, evitando il lato rapace della ricerca scientifica, basata sulla convinzione che comunque si deve sottomettere tutto secondo i propri bisogni, è la sfida intellettuale che ancora ci sta davanti, grazie alla schiera numerosa degli scienziati che, tra fallimenti e scoperte, presenti in tutte le parti del pianeta, restano uniti di fronte a obiettivi comuni, fuori dalle egemonie ideologiche, da pregiudizi di razza, da supremazie culturali e politiche.