Le ricerche dei tre fisici teorici premiati aiutano a comprendere meglio la struttura della materia a livello elementare e hanno contribuito a disegnare il quadro di quello che viene indicato come Modello Standard delle particelle: può delineare i tratti principali di questo modello?
Si tratta di un modello in cui sono state unificate le forze elettromagnetiche, le forze deboli e le forze forti. Siccome sono tre costanti diverse non si tratta di una vera e propria unificazione, ma di una trattazione unificata di queste forze. Il lavoro di Nambu è molto a monte di questo fatto, quello di Kobayashi e Maskawa è più legato alla formazione definitiva del modello, del modo in cui è stato sistemato
In che senso i fisici delle particelle parlano di simmetria e perché qui si parla di rottura della simmetria?
Con il termine “simmetria” in fisica si intende, in molti casi, una simmetria delle equazioni fondamentali dei campi su cui si basa la descrizione fisica. Mentre la rottura implica il fatto che ci sono soluzioni che non rispettano la simmetria delle equazioni. Se pensiamo al fondo di una bottiglia di vino possiamo immaginare il suo asse come perfettamente simmetrico. Però se noi mettessimo una pallina di piombo sul fondo questa scivolerebbe su una parte. E quindi il risultato di questa azione romperebbe la simmetria. Un fenomeno analogo riguarda gli stati di più bassa energia.
In cosa differiscono le ricerche di Nambu e quelle di Kobayashi e Maskawa?
Il lavoro del primo è molto a monte rispetto a quello degli altri due. Nambu non fu il primo a studiare le simmetrie ma ha dato un contributo sicuramente importante nel chiarimento del fenomeno della loro rottura. Questa è legata alla comparsa di certe particelle di massa zero, alcuni bosoni. Queste scoperte avvennero nel 1958 ed erano legate al decadimento della particella-p. Nambu è stato il primo a mettere un chiarimento su una situazione fino ad allora problematica. Si riteneva che questa rottura potesse avvenire in modelli in cui c’era una simmetria approssimata. Dopo questi studi Higgs fece notare che se, invece di considerare teorie di campo scalare come fin allora si faceva, si considerava una teoria del campo elettromagnetico, in cui esiste una simmetria che dipende da funzioni arbitrarie, allora la massa zero poteva essere assorbita in una teoria di questo tipo in modo da creare un nuovo grado di libertà e dare una massa alla particella. Per cui pur mantenendo la simmetria di Gauge si può arrivare a dare una massa alla particella attraverso questo fenomeno. Questo è uno strumento base per la costruzione della teoria elettrodebole di Glashow, Salam e Weinberg a cui si è associata la cromodinamicha quantistica, ossia la legge di interazione fra i quark e, da qua, il modello standard a cui si è arrivati.
C’è un legame tra queste ricerche e la rottura primordiale della simmetria tra materia e antimateria da cui si è originata tutta la materia presente nel nostro universo?
Sì. Il contributo dato da Kobayashi e Maskawa è stato sostanzialmente quello di estendere a sei quark il cosiddetto “fenomeno del mescolamento dei quark”, introdotto da Nicola Cabibbo nel 1963, per spiegare le differenze fra il muone e il leptone attraverso le quali quale si ammetteva che nello schema delle interazioni deboli due quark fossero presenti in un certo tipo di mescolamento. Una generalizzazione di questo principio è il lavoro di Kobayashi e Maskawa che l’hanno esteso a sei quark. Mediante questo passaggio si sono accorti di una vasta ricchezza di spiegazioni a determinati fenomeni fra i quali la rottura della proprietà di inversione temporale. Quest’ultima è fondamentale per spiegare la nascita dell’eccesso barionico, che fa la differenza fra materia e antimateria.
Gli esperimenti previsti per l’acceleratore LHC potranno rivelare qualche altra simmetria o rottura di simmetria che aiuti a comprendere meglio la varietà delle particelle elementari?
Il primo obiettivo dell’esperimento è quello di mettere in evidenza la particella di Higgs. Higgs aveva intuito che si poteva introdurre una rottura di simmetria in cui però, invece di esserci un campo scalare con una particella senza spin di massa zero, poteva esserci una particella vettoriale dotata di massa. Tale conclusione ha la conseguenza che debba esistere una particella scalare di massa non nulla. La particella con massa non nulla è l’unica cosa che manca dal modello standard, non è mai stata osservata, ma è molto probabile, stando ai calcoli, che esista. La teoria che abbiamo non è una vera teoria unificata: esistono tre costanti di accoppiamento diverse, le masse delle particelle sono tutte apparentemente scollegate l’una dall’altra. Naturalmente si sono fatti diversi tentativi di superare questa teoria. Le GUT vorrebbero rappresentare uno di questi tentativi rendendo la costante di accoppiamento unificata. Nella stessa ottica è la teoria delle supersimmetrie che adesso dovrebbero portare a prevedere particelle non osservate, le s-particelle, le quali, nei modelli che adesso si portano avanti, dovrebbero avere della masse piuttosto elevate.
È vero che l’idea base dalla quale sono partiti Kobayashi e Maskawa era del fisico italiano Nicola Cabibbo, attuale Presidente della Pontificia Accademia delle Scienze?
Certo, è quanto ho detto prima a proposito dell’idea originaria di Cabibbo. Mi sembra assurdo che abbiano premiato Kobayashi e Maskawa e non Cabibbo: questa è una delle cose che io ritengo più strane. La premiazione sarebbe potuta avvenire anche anni fa, sebbene gli effetti del suo lavoro si siano visti progressivamente nel tempo. Sì è subito riconosciuto il valore del lavoro di Cabibbo, ma gli sviluppi si sono visti in seguito. Non averlo premiato è stato paradossale.
