a cura di Vincenzo Zappalà
Questo articolo sembrerà un po’ difficile. Cercherò di semplificarlo al massimo, ma non chiedetemi di entrare nei dettagli. DEVO però rendervene partecipi per due motivi: innanzitutto in onore di Proteo (il protone simpaticissimo di Francesca) e poi perché potrebbe gettare una nuova luce sui primi istanti di vita dell’Universo (precedenti addirittura alla nascita di Proteo…). Gli acceleratori di particelle non sempre sono dei mostri …
Una delle leggi fondamentali della Natura che non siamo mai riusciti a rompere è quella che dice che ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria o, se volete, la conservazione dell’energia. Questo principio fondamentale ha posto non pochi problemi agli scienziati che studiano l’origine dell’Universo. Se la legge fosse sempre stata valida, come mai, ad esempio, ci sarebbe più materia che antimateria? Cosa è successo nei primi millesimi di secondo dopo il Big Bang per privilegiare una situazione piuttosto che un’altra? Avremmo dovuto avere una esatta ripartizione delle due possibilità. Se vi è una cosa vi deve essere anche la sua forma speculare.
Questa cosiddetta “parità” dice in pratica che nell’Universo non esiste un lato “destro” e uno “sinistro”. Entrambi sono ugualmente possibili e probabili o, se preferite, ogni legge fisica rimane inalterata quando si invertono le coordinate di riferimento.
Agli inizi degli anni ’50 si iniziarono ad avere dei dubbi. La forza debole, quella che è responsabile della radioattività, dava segni di non aderire del tutto alla legge di “parità”. Ma non la forza forte, quella che tiene unite le particelle subatomiche. Per lei, la legge di parità non s’intaccava minimamente, almeno sotto circostanze “normali”.
Oggi qualcosa sembra cedere. Un risultato straordinario si è avuto, infatti, presso il Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) del Brookhaven National Laboratory di Upton, New York. Per una piccolissima frazione di secondo i ricercatori hanno creato una bolla di spazio dove non esiste la “parità”. Sono riusciti a rompere la simmetria. Fin dal lontano 2000 Jack Sandweiss e colleghi hanno fatto collidere tra loro atomi di oro nell’acceleratore di particelle di Upton, una circonferenza di circa 4 km, per studiare la legge di “parità” in condizioni veramente estreme. Essi sono riusciti a creare un plasma formato da gluoni e quark, una specie di “zuppa” che si ottiene quando l’energia in gioco riesce a rompere i protoni e i neutroni e trasformarli nelle loro particelle elementari (gluoni e quark, appunto). Un brodo formato dai veri mattoni fondamentali della materia. Questo plasma ha una temperatura di quattro trilioni di gradi e doveva esistere nel primo milionesimo di secondo dopo il Big Bang.
Ciò che hanno ottenuto al RHIC è durato molto meno, soltanto un milionesimo di un miliardesimo di un miliardesimo di secondo, ma sufficiente forse per iniziare a capire come da quella zuppa primordiale si sia arrivati a formare galassie e buchi neri. La bolla è stata ottenuta facendo collidere tra loro nuclei d’oro ad una velocità pari al 99,999% di quella della luce. L’energia al momento dell’urto è stata incredibile ed il plasma ottenuto così energetico che un suo cubetto, di lato pari al quarto dello spessore di un capello umano, poteva fornire l’energia all’intero Stato di New York per un anno.
E’ stato, però, il campo magnetico formato dal plasma (il più forte mai ottenuto in laboratorio) che ha messo in allarme gli scienziati sulla perdita di simmetria. Non si è potuto certo assistere direttamente alla violazione della legge di “parità”, ma la sua interazione con il campo magnetico ha creato un effetto secondario osservabile: i quark “up” si muovevano lungo le linee del campo magnetico, mentre quelli “down” si muovevano in modo traversale. La simmetria speculare appariva perciò rotta. Questo risultato, non certamente ovvio né facilmente comprensibile, rappresenterebbe, se confermato, un qualcosa di veramente straordinario per lo studio dei momenti iniziali dell’Universo.
Gli scienziati hanno volontariamente aspettato più di un anno prima di rendere pubbliche le loro ricerche, cercando tutte le possibili spiegazioni alternative. Essi ammettono, al momento, di aver avuto soltanto un segnale di violazione di parità, ma non ancora una prova. Proprio per questo hanno aperto la loro ricerca ad altri colleghi: molte teste lavorano meglio di poche. Jack Sandweiss però ci crede fortemente.
Il prossimo passo sarà quello di effettuare gli scontri tra nuclei ad energie più basse, per vedere se l’apparente asimmetria sparirà allontanandosi da condizioni veramente estreme come quelle dell’esperimento precedente. Se tutto andrà come si spera si potrebbe effettivamente gettare luce su uno dei misteri più grandi relativi all’origine dell’Universo: l’asimmetria tra la materia “ordinaria”, che domina l’Universo attuale, e l’antimateria. Ricordo che l’antimateria è uguale alla materia a parte l’inversione delle cariche elettriche: in essa i protoni (ciao Proteo!) hanno carica negativa e gli elettroni carica positiva. Insomma, uguale e contraria alla materia comune. Al momento del Big Bang esse dovevano avere la stessa abbondanza, ma poi una delle due ha avuto il sopravvento, rompendo così la legge di “parità”.
A parte la difficoltà di comprendere appieno la metodologia che ha portato a questo esperimento al limite della scienza moderna, è incredibile pensare che si sia assistito a qualcosa di perfettamente simile a ciò che esisteva nei primi milionesimi di secondo dopo il Big Bang, prima che si formassero i protoni, i neutroni e tutta la materia odierna.
Cara Francesca, potresti chiedere a Proteo se le cose andavano proprio così ai “suoi” tempi?
Chi volesse entrare nei dettagli e vedere un bellissimo video esplicativo può andare sul sito:
http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/PR_display.asp?prID=1073
Fonte: http://www.astronomia.com/2010/04/02/come-ti-rompo-una-legge-fondamentale-della-natura/
Vedi: http://www.physorg.com/news188211977.html