Il Nobel a Higgs & C. Quando il vuoto è pieno

Dalla nascita della
fisica quantistica, agli inizi del ’900, alla recente scoperta del
bosone di Higgs. Oggi la materia non è più concepita come inerte. Ed è
un vero cambio di paradigma. Che curiosamente ha radici antiche.

La scoperta nel 2012 del cosiddetto “bosone di Higgs” è stata un
evento di grande importanza nella storia della fisica contemporanea, il
coronamento di uno sforzo tecnologico di grande complessità. L’aspetto
che vogliamo qui sottolineare è che questa scoperta conferma la validità
di uno schema concettuale che ha rivoluzionato la nostra visione della
natura.

Questo approccio rivoluzionario alla comprensione della natura è
cominciato agli inizi del ’900 con la nascita della fisica quantistica.
La materia non era più concepita come inerte, come un insieme di corpi
indipendenti, in principio isolabili gli uni dagli altri. La novità è
che ogni oggetto fisico, sia esso un corpo materiale o un campo di
forze, è intrinsecamente fluttuante in modo spontaneo anche in assenza
di forze esterne. Il suo stato di minima energia, chiamato “vuoto” nel
gergo dei fisici, non è perciò più lo stato in cui a causa dell’assenza
di forze esterne c’è un vuoto di energia, ma è lo stato “pieno” delle
fluttuazioni spontanee dell’oggetto dato.

Già nel 1916 Walther Nerst, uno dei pionieri del nuovo punto di
vista, avanzò l’ipotesi che le fluttuazioni quantistiche in oggetti
fisici differenti potessero sintonizzarsi tra di loro dando così luogo a
sistemi complessi aventi un comportamento unitario. Questa possibilità
faceva cadere il requisito fondamentale della fisica classica
dell’isolabilità dei corpi. Cadeva il “pregiudizio ontologico” che
afferma che le cose possano esistere “di per sé”, indipendenti le une
dalle altre.

Nella teoria quantistica dei campi l’energia si presenta in granuli o
“quanti di energia” e non si studia un numero fissato di atomi o
particelle, ma un numero indefinito di quanti mutuamente interagenti e
caratterizzati da un ritmo oscillatorio chiamato “fase” nel gergo dei
fisici.

Il fondamentale principio d’indeterminazione stabilisce che il
prodotto delle incertezze sul numero dei quanti e sulla fase del campo,
sempre esistenti a causa delle fluttuazioni quantistiche, non può essere
zero, ma deve essere sempre uguale o più grande di una costante
universale. Questo vuol dire che quando l’incertezza sul numero dei
quanti è nulla, la fase diventa totalmente indeterminata, come se la
“musica” del campo, nel senso del vecchio Pitagora, divenisse non
udibile. Viceversa, insistendo sulla metafora della musica, la
musicalità del campo, emerge solo quando il numero dei quanti diventa
indefinito.

Molti aspetti della filosofia classica antica appaiono nella
struttura concettuale quantistica, in particolare l’intuizione di
Epicuro, ripresa da Lucrezio nel De rerum natura, sulla
fluttuabilità spontanea dei corpi e sulla accoppiabilità delle
fluttuazioni come origini dei sistemi materiali complessi. E” stato
riconosciuto che le variazioni spaziali e temporali della fase dei
sistemi fisici danno origine a campi specifici, chiamati “campi di
gauge”, i cui quanti sono scambiati dai sistemi, agendo in tal modo da
mediatori nelle loro interazioni (accoppiamenti) e in definitiva
trasmettendo le fluttuazioni di ogni sistema agli altri sistemi.

Questa dinamica unificante deve misurarsi con una dinamica opposta,
potenzialmente dissolvente, generata dagli urti tra i componenti del
sistema. Ad alta temperatura gli urti sono così violenti da impedire
alle fluttuazioni spontanee dei corpi di produrre una musica coerente
complessiva. A bassa temperatura invece esiste la possibilità che le
fluttuazioni quantistiche diano luogo a una fluttuazione collettiva
unitaria dell’insieme dei componenti, che acquista perciò una sua,
possiamo dire, forma espressiva, un suo linguaggio che esprime la
funzione di quella struttura materiale data.

Torniamo al bosone di Higgs. Come tutti i quanti esso si manifesta
come particella e in forma di campo ondulatorio e porta in sé il
contributo di cui il vuoto quantistico permea, con la ricchezza delle
sue fluttuazioni, lo spazio e il tempo.

Esso è quindi al tempo stesso
particella e agente collettivo che permette a tutti gli altri quanti di
condividere la ricchezza del vuoto. Da questa condivisione trae origine
la massa dell’elettrone, di quei campi di gauge che in tal modo si
materializzano nelle particelle W e nella Z scoperte agli inizi degli
anni 80 da Rubbia e collaboratori e ancora di altre particelle.

Fino
all’anno scorso questo meccanismo (detto di Higgs) non faceva parte
della “evidence based science”, apparteneva all’invisibile che è parte
essenziale di una profonda verità scientifica. Come diceva Einstein: «La
natura ama nascondersi», per cui l’invisibile diventa visibile solo
quando la natura è interrogata in modo profondo, andando oltre
l’apparenza.

«Se la realtà coincidesse con l’apparenza, non vi sarebbe
bisogno della scienza», scrisse Carlo Marx. La rivoluzione di Galileo
ebbe luogo quando l’“invisibile” principio di inerzia entrò in urto con
l’“evidence based” modello tolemaico, perfettamente in grado di
descrivere l’apparenza dei fenomeni, il “know how”,  ma non in grado di
spiegarne la dinamica, cioè il “know why”.

La scoperta dell’Higgs corrobora lo schema quantistico d’interazione e
la nascita conseguente di sistemi complessi aventi una funzione
unitaria specifica, inseparabile dalla struttura materiale.

Essa
accoglie in pieno la richiesta del pensiero sistemico che rifiuta l’idea
di parti indipendenti (si vedano a tal proposito i nostri due capitoli
nel volume Strutture di Mondo a cura di Lucia Ulivi Urbani,
pubblicato nel 2010 dal Mulino) ed è promossa al dominio del visibile
tutta la concezione fisica fondata sulla teoria quantistica dei campi,
che, d’altra parte, è alla base anche della fisica della materia
condensata costruita a partire dagli atomi e dalle molecole.

Anche in
questo contesto, si osserva, quando la temperatura è minore di un valore
critico e la densità (numero di molecole per unità di volume) eccede
una soglia, che le molecole perdono la loro individualità ed emerge la
fisica dell’oscillazione collettiva coerente del campo di gauge, il
campo elettromagnetico intrappolato nella materia, capace di governare i
movimenti delle molecole accoppiate con esso in modo non casuale. In
questo quadro è stata formulata una teoria dell’acqua liquida, cui ha
dato un grosso contributo Giuliano Preparata. E qui l’orizzonte
d’indagine si allarga fino a includere la fase vivente della materia,
quella degli organismi biologici di cui l’acqua è il componente più
abbondante, e che presenta la forma più alta e più complessa della
proprietà di coerenza, capace di tradurre l’informazione in significato:
essa richiede che la musica del campo elettromagnetico non sia un
rumore caotico, ma abbia un ritmo ben definito.

Recentemente il Nobel Luc Montagnier ha annunciato che i segnali
elettromagnetici emessi da frammenti di Dna sospesi in acqua sono capaci
di rigenerare gli stessi frammenti in un altro recipiente in cui siano
presenti, disciolti in acqua, gli ingredienti chimici che formano il
Dna. Questi segnali presentano una struttura frattale, armoniosa nel suo
ripetersi in forme similari. Essi sembrano presentare una struttura
musicale; esistono cioè “accordi tra le note” costituenti i segnali.

Siamo forse alle soglie di una “rivoluzione di Higgs” anche in biologia?
Forse la visione del mondo forzosamente imprigionato nell’antinomia
caso-necessità dovrà cedere di fronte alla visione del mondo fondata
sull’armonia delle musiche interiori dei suoi componenti. Come
preconizzava Marx, il regno della necessità dovrà cedere il passo al
regno della libertà.

Fonte: http://www.left.it/2013/06/27/fisica-quando-il-vuoto-e-pieno/11112.

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Nick Cave and the Bad Seeds- Higgs Boson Blues