LE PARTICELLE ELEMENTARI. Breve viaggio nel microcosmo.

atomo

Come anticipato nel mio ultimo articolo, questa volta parlerò di scienze. Inizio la serie dei miei scritti di carattere scientifico dal microcosmo, cioè dall’infinitamente piccolo, passerò poi alla teoria della relatività e al macrocosmo. Per collegarmi ai miei precedenti scritti teologici - filosofici riporto la frase conclusiva del mio ultimo articolo: “Perché passo alla fisica? Semplice … se la Natura è Dio, la fisica, nel suo tentativo di capire la Natura, cerca di svelare il pensiero di Dio. La fisica è la vera teologia.”
 
In questo articolo cercherò di dare risposta a due domande fondamentali:
(1) quali e quanti sono i costituenti fondamentali della materia?
 (2) quali sono e come agiscono le forze o interazioni tra i costituenti fondamentali della materia? 
 
Una volta Einstein disse una frase del genere: “ … si può vedere il mondo come un grande miracolo o come una cosa normale”.  Presi come siamo dalle preoccupazioni della vita e dalla nostra routine quotidiana, noi siamo portati a vedere il mondo come una cosa normale.  Mai che ci soffermiamo a meravigliarci del miracolo della natura! Sì, perché siamo letteralmente circondati da miracoli, qualsiasi cosa osserviamo intorno a noi ha una complessità pazzesca ed è governata da leggi precise, immutabili ed eterne. 
Raccogli un piccolo sasso di pochi grammi. Cosa c’è di meraviglioso, di complesso in uno stupido sasso? Senti il suo peso nella mano, esami la ruvidezza, consistenza e solidità. E allora? Cosa c’è di meraviglioso in questo sasso inerte? Cosa ce ne facciamo di uno stupido sasso: meglio buttarlo via e lasciare stare questa storia della meraviglia della natura! 
E se ti dicessi che il 99% del sasso duro e compatto che hai in mano è formato da spazio vuoto? Che nello spazio vuoto piccole particelle di materia si muovono a velocità pazzesche? Che ciascuno dei miliardi di miliardi di atomi che lo compongono custodisce un’energia immensa? Che la sua consistenza, equilibrio e solidità sono mantenuti da forze immani, che come potenti e invisibili molle tengono unito il tutto? Tu hai in mano un piccolo universo. Perché, che differenza c’è fra un atomo e un sistema planetario dell’universo se non le dimensioni? 
Vediamo il sasso al microscopio. Un sasso raccolto per strada è una piccola roccia cioè è un aggregato di minerali. In base alle variazioni di dimensione, forma e percentuale di presenza dei minerali costituenti, si riconoscono rocce diverse per origine e composizione. I minerali a loro volta sono sostanze caratterizzate da una composizione chimica definita e una disposizione regolare e ordinata degli atomi che la costituiscono. 
 
Ecco che siamo arrivati all’atomo, dal greco àtomos = indivisibile  … ma non troppo, come vedremo :-) . 
 
Gli atomi non sono solo nel sassolino che tieni in mano, ma in tutto quello che ci circonda nell’universo. Anche l’aria è fatta di atomi e, in gran parte, di atomi di ossigeno. Pensa che, in questo momento, tu protesti essere sul punto di inalare un atomo di ossigeno che è già stato respirato da Giulio Cesare.
 
Quanto è grande un atomo? E’ veramente molto piccolo. Immagina che se una mela diventasse della dimensione della terra, gli atomi nella mela sarebbero approssimativamente delle dimensioni della mela originale. Il diametro di un tipico capello umano corrisponde a circa un milione di atomi in fila. Una goccia d'acqua contiene 10²¹ (cioè 1 seguito da 21 zeri) atomi di ossigeno e un numero doppio di atomi di idrogeno. Quanti atomi ci sono nel sassolino che tieni in mano? Un numero impressionante, dell’ordine di miliardi di miliardi. Se frantumi il sasso fino a ridurlo in polvere, ogni granello di polvere sarebbe ancora composto di milioni di atomi. 
Si riescono a vedere gli atomi? Per vedere gli atomi occorrono microscopi particolari. Le dimensioni di un atomo sono migliaia di volte più piccole della lunghezza d'onda della luce e per questa ragione non possono essere visti con un microscopio ottico. Per vedere un atomo occorre usare microscopi elettronici a trasmissione (TEM) o microscopi tunnel a scansione. :-(  non ho alcuna idea di come funzionino questi microscopi. 
Cosa c’è dentro un atomo? Fino all’inizio del 1900 si era creduto che l’atomo fosse l’elemento più piccolo della materia e che, quindi, nell’atomo non ci fossero componenti più piccoli. Questa convinzione risaliva all’atomismo, dottrina dei filosofi greci Leucippo, Democrito ed Epicuro. L'atomo, secondo loro, era l’unità più piccola e indivisibile della materia. Ancora all’inizio del 1800, il chimico e fisico inglese John Dalton, nella sua teoria atomica della materia, la prima nella storia della fisica, diceva che la materia è formata da particelle elementari, indivisibili e indistruttibili, chiamate atomi. 
 
Nel 1901, un altro fisico britannico Joseph J. Thomson scoprì l'esistenza di particelle di carica negativa, che chiamò corpuscoli, e che sono oggi noti come elettroni. Intuì che questi corpuscoli dovevano far parte dell’atomo e ne trasse la conclusione che l’atomo non era una particella indivisibile bensì era un oggetto composto di parti più piccole, gli elettroni appunto. Egli immaginò che un atomo fosse costituito da una sfera di materia caricata positivamente in cui gli elettroni (di carica negativa) erano immersi.  A seguito di questa intuizione Thomson propose il primo modello fisico dell'atomo chiamato “plum pudding model”, o modello a panettone, con gli elettroni visti come chicchi di uva passita immersi nella pasta del panettone (l’atomo). 
Nel 1911 il fisico neozelandese Ernest Rutherford (sua la frase: “Nella scienza esiste solo la Fisica; tutto il resto è collezione di francobolli”) condusse un esperimento per testare il “plum pudding model” di Thomson.  Egli bombardò gli atomi di un sottilissimo foglio di oro con particelle alfa. L'esperimento portò alla constatazione che i raggi alfa non venivano quasi mai deviati; solo l'1% dei raggi incidenti era deviato considerevolmente dagli atomi e solo alcuni venivano completamente respinti. 

L'esperimento di Rutherford: poche particelle alfa sono deflesse dal campo elettrico del nucleo, la maggior parte di esse attraversa lo spazio vuoto dell'atomo.

 
Dalla constatazione che l’atomo era attraversato senza problemi dai raggi alfa, Rutherford capì che esso era largamente composto di spazio vuoto. Egli propose quindi un modello di atomo, il cosiddetto “modello planetario”, in cui quasi tutta la massa dell'atomo è concentrata in una porzione molto piccola, il nucleo (caricato positivamente) e in cui gli elettroni (caricati negativamente) ruotano intorno al nucleo, così come i pianeti ruotano attorno al Sole. 
Nel modello planetario, il nucleo è così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze da 10.000 a 100.000 volte maggiori del diametro del nucleo.  Se, facendo le proporzioni, consideriamo il nucleo grande come una mela, un elettrone è delle dimensioni di una capocchia di spillo e gli ruota attorno ad una distanza di un chilometro. (Ti propongo un’immagine fantascientifica con riflessi filosofici: immagina che uno degli elettroni che compongono i miliardi di miliardi di atomi nel sasso che tieni in mano sia popolato da ultra-microscopici esseri che si dimenano come formiche impazzite sulla sua superficie … pensa un po’ … questi si credono di essere la ragione del Tutto!) 
Altro esempio: se dividiamo lo spazio occupato da un atomo in un milione di cellette e poi ogni celletta in un milione di altre cellette più piccole, solo una di queste ultime è occupata da materia, tutte le altre sono vuote! E poiché tutto sulla terra è fatto di atomi, ciò significa che il nostro corpo e la sedia su cui siamo seduti, sono composti da una quantità di spazio vuoto, un milione di milioni di volte maggiore dello spazio occupato dalla materia. La materia è essenzialmente composta dal vuoto!  L'unica ragione per cui il nostro corpo, e la sedia su cui siamo seduti, ci sembrano cosi solidi e massicci, è perché tali quantità infinitesime di materia sono tenute insieme da forze che agiscono come invisibili ma potentissime molle. 
In un primo momento, conformemente al modello planetario di Rutherford, si pensò che l’atomo fosse costituito da elettroni e da un nucleo composto da certo numero di particelle con carica elettrica positiva. Ancora una volta si pensò di essere arrivati all’unità fondamentale della composizione della materia e, per questo motivo, questa particella fu chiamata protone, dal greco  proton = primo. Il valore della sua carica sarebbe stato uguale a quello dell'elettrone, ma di segno opposto, la sua massa circa 1800 volte più grande di quella dell'elettrone. Rutherford intuì che i protoni da soli non bastavano a giustificare tutta la massa del nucleo e formulò l'ipotesi dell'esistenza di altre particelle, che contribuissero a formare l'intera massa del nucleo. 
Bisogna però aspettare fino al 1932, quando James Chadwick, un collega di Rutherford a Cambridge, scopre che il nucleo, in effetti, contiene un’altra particella, della stessa massa del protone ma senza carica elettrica. Questa nuova particella fu chiamata neutrone. A questo punto il modello planetario dell’atomo poteva essere schematizzato così:

Questa era l’idea dell’atomo fino a circa cinquanta anni fa. Infatti, fino al 1965 si pensava che i protoni e i neutroni fossero particelle “elementari” cioè non ulteriormente scomponibili. A metà degli anni sessanta, per testare questa ipotesi, furono fatti esperimenti in cui i protoni venivano fatti scontrare ad alte velocità con altri protoni o elettroni. Nello scontro si notò che i protoni si frantumavano liberando particelle più piccole. Queste nuove particelle furono chiamate quark dal massimo studioso del fenomeno, il fisico statunitense Murray Gell-Mann. 
Ma non c’è un solo tipo di quark  …  ora porta un po’ di pazienza: per classificare i vari tipi di quark ti devo inondare di nomi strani. Non t’impressionare, sono solo etichette per distinguere fra quark di massa e carica elettrica diversa.
Innanzitutto i quark possono essere classificati in sei classi di “flavor” o "sapore". Abbiamo così quark del tipo Up, Down, Charmed, Strange, Top e Bottom. 
Poi, in base alla teoria della cromodinamica quantistica (QCD), ciascun “flavor” possiede una proprietà chiamata "carica di colore" (che non ha niente a che vedere con i colori reali). Invece di due tipi differenti di carica, come il + e il - dell'elettromagnetismo, la carica di colore è di tre tipi: Red, Green, Blue (R, G, B) come i tre colori fondamentali e tutti e tre si neutralizzano quando si trovano insieme come si neutralizzano le cariche elettriche positive e negative in un atomo neutro (vale l’analogia: rosso + verde + blu =bianco). 
Ora, quali sono i tipi di quark che troviamo nei protoni e nei neutroni? Presto detto: un protone contiene due quark ‘Up’ e un quark ‘Down’; il neutrone contiene due quark ‘Down’ e un quark ‘Up’. Sia il protone, sia il neutrone hanno "colore neutro", sono cioè composti da un quark “Rosso”, uno “Verde” e uno “Blu” (rosso+verde+blue=bianco, colore neutro).

Protone 2 Quark Up + 1 Quark Down. Carica elettrica: +1; massa: 938,3 MeV   Neutrone 2 Quark Down + 1 Quark Up.: carica elettrica: 0; massa: 939,6 MeV   Elettrone carica elettrica: -1; massa: 0,511 MeV

A questo punto, possiamo tirare una linea e concludere che la materia è composta di tre particelle elementari: elettroni, quark up e quark down. 
Possiamo anche dire di aver risposto alla prima domanda: “quali e quanti sono i costituenti fondamentali della materia? ”. Purtroppo no. Per completezza di trattazione devo dire che le cose sono un po’ più complicate. 
Abbiamo già visto che ci sono diversi tipi di quark, ma ci sono anche altri tipi di particelle come il neutrino, il neutrino mu o muone, e il neutrino tau o tauone …  ed altri (evito di parlarne qui perché altrimenti questo articolo diventerebbe troppo lungo e noioso). Per i nostri scopi possiamo tranquillamente tralasciarli come possiamo trascurare anche i quark Strange, Charmed, Bottom, e Top perché, avendo una grande massa, non sono stabili, hanno una vita molto breve e possono essere osservati solo negli esperimenti dei laboratori di fisica ad alte energie come il CERN di Ginevra. 
Si può quindi confermare l’affermazione fatta prima che tutta la materia ordinaria che osserviamo intorno a noi è costituita da sole tre particelle elementari: (1) l’Elettrone; (2) il Quark Up; (3) il Quark Down. 
Per dare, comunque, una visione d’insieme di tutte le particelle elementari in natura riporto la tabella che vedi qui sotto.

L’unica cosa da notare nella tabella è che l’elettrone è classificato nella categoria dei Leptoni. La classe dei leptoni comprende le particelle puntiformi, quindi fondamentali, cioè non composte di altre particelle come i quark. L’elettrone, essendo una particella puntiforme, non ulteriormente scomponibile, è appunto un leptone. 
A conti fatti abbiamo tra le mani 12 mattoncini fondamentali. Nella nostra ricerca di un'unica unità fondamentale della natura … non è un gran bel risultato!   :-(   
Per il momento, alla prima domanda “quali e quanti sono i costituenti fondamentali della materia “ possiamo rispondere che in natura ci sono le dodici particelle fondamentali riportate in tabella ma che solo le tre particelle in nero costituiscono la materia ordinaria. 
 
Passiamo alla seconda domanda: Quali sono e come agiscono le forze o interazioni tra i costituenti fondamentali della materia?
Sono quattro le forze che agiscono sulle particelle di materia: (1) la forza gravitazionale; (2) la forza elettromagnetica; (3) la forza nucleare debole, e, … last but not least, (4) la forza nucleare forte. 
Nella meccanica quantistica, le forze o interazioni fra le particelle di materia (elettroni, quark) sono ritenute trasportate da particelle fantasma chiamate force-carrying particles (particelle trasportatrici di forza).  Come vedi… oltre alle particelle di materia viste prima ci tocca occuparci ora anche di … particelle TIR  :-) , per giunta fantasma (virtual particles), che trasportano le forze. 
Queste particelle fantasma sono virtuali ma la loro presenza è dimostrata, anche se indirettamente, dal fatto che essa modifica, ad esempio, il momento magnetico di un elettrone ruotante. 
Vediamo cosa succede nel microcosmo. Una particella di materia, per esempio un quark o un elettrone, emette spontaneamente una particella fantasma (force-carrying particle). Il contraccolpo dell’emissione provoca un cambio di velocità della particella di materia. La particella fantasma, subito dopo, si scontra ed è assorbita da un’altra particella di materia. La collisione provoca un cambio di velocità della seconda particella di materia proprio come se ci fosse una forza fra la particella di materia emittente e quella ricevente. 
Se la force-carrying particle ha una grande massa sarà difficile produrla e scambiarla su grandi distanze: avrà, necessariamente, un corto raggio di azione. Viceversa, avrà un raggio di azione molto grande se essa non ha una massa propria. 
La Forza Gravitazionale è trasportata dalla particella fantasma chiamata Gravitone. Tutte le particelle di materia sono soggette alla forza di gravità in base alla loro massa ed energia. La gravità è di gran lunga la forza più debole ed è caratterizzata da due proprietà: è sempre attrattiva e agisce a lunghissime distanze. Il gravitone, infatti, non ha una massa propria quindi la forza che trasporta ha un grandissimo raggio d’azione. Immagina che i gravitoni emessi dalle particelle del Sole giungono fino alla Terra. La forza gravitazionale è molto debole a livello delle singole particelle elementari ma la somma di tutte le forze delle singole particelle di un grosso corpo come il Sole o la Terra produce la forza significativa che sperimentiamo in ogni momento. I gravitoni possono pur essere delle particelle fantasma, senza massa, ma sono loro i responsabili dell’attrazione terrestre e del movimento orbitale dei pianeti intorno al Sole. 
La seconda forza è la Forza Elettromagnetica.  Questa forza è trasportata da particelle fantasma chiamate Fotoni. Anche i fotoni sono senza massa e quindi hanno un raggio di azione immenso. Pensa che la luce che ci arriva da stelle lontanissime è composta di fotoni. I fotoni interagiscono fra particelle con carica elettrica come gli elettroni e i quark, ma non con particelle senza carica elettrica come i gravitoni. La carica elettrica di una particella può essere negativa o positiva. Per esempio, l’elettrone ha carica elettrica negativa -1, il Quark  Up ha carica elettrica positiva +2/3, mentre il Quark Down ha carica negativa -1/3. Essendoci nel protone 2 quark up ed 1 quark down, la carica elettrica totale del protone è uguale a +1 (2/3+2/3-1/3=1). Nel neutrone invece ci sono 2 quark down e 1 quark up; la carica elettrica è quindi uguale a zero (2/3-1/3-1/3=0). 
La forza fra due cariche positive e fra due cariche negative è repulsiva; la forza, invece, fra una carica positiva e una negativa è attrattiva.  L’attrazione elettromagnetica fra gli elettroni caricati negativamente e i protoni del nucleo, caricati positivamente, causa il movimento orbitale degli elettroni intorno al nucleo, proprio come la forza gravitazionale causa il movimento orbitale della Terra intorno al Sole. La forza elettromagnetica è molto più intensa della forza gravitazionale: la forza elettromagnetica fra due elettroni è circa 10⁴²  (1 seguito da 42 zeri) volte più grande della forza gravitazionale fra gli stessi due elettroni. Ma, in un grande corpo come il Sole o la Terra il numero di particelle caricate negativamente e particelle caricate positivamente è quasi lo stesso e quindi si annullano a vicenda. Per questo motivo, i grandi corpi sono elettromagneticamente neutri: ecco perché non esiste una forza elettromagnetica significativa fra la Terra e il Sole. 
La forza elettromagnetica è utilizzata massicciamente da tutti noi nella vita di ogni giorno. Se tu stai usando il computer è grazie all’utilizzo della forza elettromagnetica: la corrente elettrica che alimenta il computer non è altro che un flusso, lungo opportuni conduttori, di un elevato numero di elettroni, staccati dalla loro orbita intorno al nucleo negli atomi dall’azione dei fotoni. 
Ultimamente, con lo sviluppo delle fonti di energia rinnovabili, il processo fotovoltaico di conversione della radiazione solare in una corrente di elettroni è sempre più utilizzato negli impianti fotovoltaici per la produzione di energia elettrica. 
Uno sguardo veloce a come avviene il processo fotovoltaico può essere utile a capire meglio come avviene l’interazione fra particelle materia (l’elettrone, in questo caso) e le particelle force carrying (il fotone, in questo caso). Consideriamo, per semplicità, il caso di una convenzionale cella fotovoltaica di silicio cristallino. 

L’atomo di silicio possiede 14 elettroni quattro dei quali sono elettroni di valenza, cioè occupano la banda di valenza, l’orbita o guscio atomico più esterno. In figura, per semplificare, ho riportato solo i quattro elettroni di valenza. Gli altri dieci li puoi immaginare su orbite più vicine al nucleo. Gli elettroni di valenza possono partecipare alle interazioni con gli atomi adiacenti. In un cristallo di silicio puro ogni atomo è legato in modo covalente ad altri quattro atomi: quindi due atomi affiancati di un cristallo di silicio puro hanno in comune una coppia di elettroni, uno dei quali appartenente all’atomo considerato e l’altro appartenente all’atomo vicino.

 
Esiste quindi un forte legame elettrostatico fra un elettrone e i due atomi che esso contribuisce a tenere uniti. Questo legame elettrostatico può essere spezzato con una quantità di energia che permetta all’elettrone di passare a un livello energetico superiore, cioè, dalla banda di valenza (dove è legato al nucleo), alla banda di conduzione (dove è libero di muoversi). L’energia che permette il salto dell’elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione è fornita dalla collisione di fotoni che non sono altro che particelle di luce che trasportano energia elettrostatica. Quando la luce del sole o un flusso luminoso investe il reticolo cristallino del silicio, un certo numero di elettroni è divelto dall’orbita di valenza, dove è costretto a ruotare per effetto della forza elettromagnetica attrattiva con il nucleo, ed è scaraventato nella “terra di nessuno” della banda di conduzione dove è libero di muoversi. Passando alla banda di conduzione, l’elettrone si lascia dietro una buca, cioè una lacuna dove manca un elettrone. Un elettrone vicino può andare facilmente a riempire la lacuna, scambiandosi così di posto con essa. Nasce così un flusso di elettroni che non è altro che una corrente elettrica. Per sfruttare l’elettricità è però necessario creare un moto coerente di elettroni (e di lacune), ovvero una corrente, mediante un campo elettrico interno alla cella. Il campo si realizza con particolari trattamenti fisici e chimici, creando un eccesso di atomi caricati positivamente in una parte del semiconduttore e un eccesso di atomi caricati negativamente nell’altro.
 La terza forza è la Nucleare Debole. Dopo la gravitazione questa è la forza più generale e tutte le particelle tranne i fotoni ne vanno soggette. Per agire, la forza debole esige che le particelle siano molto vicine. Essa è responsabile del decadimento radioattivo; il processo è lento e raro perché la forza è debole ma è quella che controlla i processi nucleari e fa splendere le stelle. Le particelle force carrying che trasportano le forze deboli sono di due tipi:  bosoni  W e bosoni Z.
L’ultima forza, quella Nucleare Forte, è quella che mantiene insieme protoni e neutroni all’interno del nucleo e che tiene uniti i tre quark all’interno dei protoni e neutroni. La forza che tiene i quark nel nucleo è enorme: si sa che l’energia nucleare è un milione di volte più concentrata di quella chimica ma la forza all’interno del nucleo è ancora più forte e per separare due particelle in un nucleo è necessaria una trazione di 17 tonnellate. La forza nucleare forte è mediata dalle particelle fantasma chiamate gluoni (glue = colla).
Mediante il processo di fissione nucleare, è possibile frantumare il nucleo atomico per liberare le energie immense ivi nascoste. Vediamo come funziona. Un neutrone è sparato a opportuna velocità contro un nucleo cosiddetto “fissionabile” quale quello dell’uranio 235. I principali effetti di questo scontro sono la rottura del nucleo dell’atomo obiettivo, la liberazione di una grande quantità di energia e l'emissione contemporanea di 2-3 neutroni che possono fungere da veicolo di reazione, provocando nuove fissioni e innescando così una reazione a catena. Se il numero di neutroni che danno luogo a nuove fissioni è uguale a 1 si ha una reazione stabile che può essere sfruttata per produrre elettricità come nei reattori nucleari. Se il numero di neutroni è maggiore di 1 si ha una reazione a catena incontrollabile in cui il numero di fissioni aumenta esponenzialmente. Questo è il tipo di reazione utilizzata nei tipi più semplici di bombe atomiche, quali le bombe all'uranio (come quella che colpì Hiroshima).

1) Un nucleo di uranio 235 viene "bombardato" da un neutrone e avviene la fissione che spezza il nucleo in due frammenti e libera tre neutroni e dell'energia. 2) Uno di questi neutroni è assorbito da un altro nucleo di uranio 238 ed è perso nel bilancio. Un secondo neutrone può "fuggire" dal sistema o essere assorbito da un elemento che non continua la reazione. Il terzo neutrone è assorbito da un nucleo di uranio 235 che si spezza in due frammenti liberando due neutroni e dell'energia. 3) I due neutroni liberati si scontrano con due nuclei di uranio 235 e ogni nucleo libera da uno a tre neutroni che servono per continuare la reazione a catena. 4) L’energia termica prodotta dalla fissione, rappresentata in figura dai lampi gialli, è utilizzata per riscaldare l’acqua il cui vapore fa girare le turbine per la produzione di energia elettrica.

 
L'energia liberata dalla fissione nucleare effettivamente sfruttabile come energia termica è di circa 200 MeV (Mega elettron Volt) per ogni fissione. Considera che in un comune processo di combustione, l'ossidazione di un atomo di carbonio fornisce un'energia di circa 4 eV (elettron Volt), un'energia che è meno di cinquanta milionesimi di quella prodotta nella reazione nucleare di fissione.
 
Abbiamo completato il breve viaggio nel microcosmo ….  A questo punto devo ammettere che sono preso da una sensazione di sconforto e di delusione. E non poteva essere diversamente per uno che, come me, crede nell’unitarietà del tutto. Prima di iniziare il viaggio mi aspettavo di scoprire che alla base di tutto ci fosse un unico mattone fondamentale. Ora scopro che ci sono decine di particelle elementari, particelle virtuali, forze con caratteristiche diverse e altre cose che non ho trattato come antiparticelle, mesoni, adroni, spin … e chi più ne ha più ne metta. Che delusione!
Ma aspetta un attimo, c’è la teoria delle stringhe!
La teoria delle stringhe, talvolta definita teoria delle corde, è una teoria della fisica che ipotizza che la materia, l'energia e in alcuni casi lo spazio e il tempo siano in realtà la manifestazione di entità fisiche sottostanti, chiamate appunto stringhe. 

 
Alla base della teoria delle stringhe c’è l’ipotesi che le particelle siano increspature di uno spaziotempo a 10 dimensioni nel quale solo tre più il tempo si sono espanse mentre le altre sono rimaste collassate alla dimensione alla grandezza di Planck  di 10^-33 metri. Ma cosa vuol dire uno spaziotempo a 10 dimensioni? La nostra mente trova difficile visualizzare queste dimensioni perché noi possiamo muoverci soltanto in uno spazio a tre dimensioni. Un metodo per superare questo limite è quello di non tentare di visualizzare più dimensioni bensì quello di pensare a esse come numeri extra nelle equazioni che descrivono come è fatto il mondo.
 
L'idea che sta alla base della teoria è che i costituenti fondamentali della realtà sono stringhe o corde che vibrano a frequenze diverse. Il gravitone, la particella proposta quale messaggera della gravità, per esempio, è descritta dalla teoria come una stringa con lunghezza d'onda uguale a zero. Altre stringhe vibranti a frequenza diversa danno vita a tutte le particelle e a tutte le forze fondamentali della natura.
In questa prospettiva, le particelle elementari e le forze fondamentali che abbiamo visto in quest’articolo, vanno pensate come una sola cosa che assume di volta in volta un aspetto diverso, come un carabiniere che a volte veste l’uniforme di servizio e altre volte l’uniforme di gala con il pennacchio blu e rosso. Cos’è che fa cambiare la divisa del carabiniere o le caratteristiche misurabili delle particelle? E’ la frequenza di vibrazione delle sottostanti stringhe.
 
Alla base di tutto ciò che ci circonda vi sono minuscole cordicelle chiuse o aperte, che vibrano, vibrano in continuazione. Noi siamo ciechi alla vera natura delle stringhe: sono così piccole che non riusciremmo mai a vederne l'estensione, ma le possiamo "sentire"...  è come se "suonassero" le caratteristiche di ogni particella. Ogni modalità di vibrazione di una stringa determina la massa e le cariche (colore, flavor, carica elettrica...) delle diverse particelle che in questo senso possono essere considerate come diverse manifestazioni di un'unica unità fondamentale.
 
E allora com'è, mi chiederai, che generazioni di esperimenti non ne hanno mai rivelato la presenza, e invece abbiamo rivelato tanti quark, protoni, adroni, leptoni, mesoni, etc. ? Le dimensioni medie di una stringa sono dell'ordine della grandezza di Planck di  10^-33 cm, mentre noi nelle migliori condizioni riusciamo ad arrivare a 10^-18 metri. E' per questo motivo che le particelle appaiono puntiformi, ma se avessimo degli "occhiali" abbastanza potenti, vedremmo delle allegre cordicelle cantare e danzare.
 
Mettiamo in moto per un attimo l’immaginazione. Indossiamo degli occhiali fantascientifici che ci permettono di vedere le cose più piccole dell’ordine della grandezza di Planck. Guardiamoci ora intorno. Ci troveremmo letteralmente immersi in un  magma vibrante formato da un’infinità di stringhe oscillanti nei modi più diversi. Vedremmo stringhe o corde al posto del soffitto e del pavimento. Gli oggetti, l’aria intorno a noi non sarebbero altro che microscopiche corde vibranti. Guardiamo il nostro corpo: anch’esso non è altro che un ammasso di corde vibranti. Non c’è nient’altro che corde vibranti. Spinoza diceva che il mondo è formato da un’unica sostanza e che questa sostanza è Dio stesso. L’unica sostanza sono le stringhe? Le stringhe sono i neuroni di Dio? 
Che idea meravigliosa! Ognuno di noi fa parte dello stesso meraviglioso uno che collega e unisce ogni cosa. Ormai da millenni, il pericoloso tarlo della separazione si è insinuato nella mente dell'uomo allontanandolo dalla comprensione di questa semplice verità. E’ così che tra lo spirito e materia, si è creato il vuoto. E’ così che tra l'uomo e Dio si è innalzato il muro delle religioni, delle scuole e filosofie che ostacolano la conoscenza.
 
A presto 
Luigi Di Bianco
 
I commenti sono apprezzati. Scrivere a: ldibianco@alice.it
 
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