“for the discovery of neutrino oscillations, which shows that neutrinos have mass”
Il Premio Nobel 2015 per la Fisica è stato assegnato congiuntamente a Takaaki Kajita (1959- ) e ad Arthur B. McDonald (1943- ) «per la scoperta delle oscillazioni dei neutrini, che dimostra che i neutrini hanno massa». Questo premio e questa motivazione potrebbero sembrare a prima vista qualcosa di interesse per i soli addetti ai lavori. Un contenuto che può aver qualcosa da dire solo a chi lavora nel settore.
Così non è. Può essere interessante per tutti confrontarsi con il contenuto della scoperta che i neutrini oscillano e per questo hanno massa. Occorre provare a farsi un’idea di cosa siano i neutrini, cosa voglia dire che oscillano, e cosa avrebbe a che fare questo con la loro massa.
Partendo dai neutrini. I neutrini sono uno dei mattoncini fondamentali dell’Universo. Per semplificare si potrebbe dire che l’Universo è come un grande castello di Lego, fatto da varie tipologie di pezzi base. Bene: i neutrini sono uno di questi. Chiaramente ce ne sono altri, e sono rappresentati tutti assieme nel «libretto delle istruzioni dei Lego», dov’è racchiuso «quali sono i pezzi a disposizione e come interagiscono tra loro». Il libretto dei Lego è, fuor di metafora, lo sperimentalmente verificato Modello Standard.
A questo punto, dire che un neutrino oscilla, non vuol dire che esso si muova come il sediolino di un’altalena. Cosa invece oscilla, cioè varia periodicamente, è una proprietà fondamentale del neutrino, il suo cosiddetto «sapore». Il sapore, (nonostante il nome evochi un’associazione con il gusto) è una proprietà generale del neutrino che, nell’analogia dei Lego, potrebbe essere paragonata al colore di ciascun mattoncino. Così come i neutrini possono solo essere di tre sapori (elettronico, muonico e tauonico), possiamo immaginare che i mattoncini Lego dell’Universo che corrispondono ai neutrini possano essere solo di tre colori, per esempio rossi, verdi e blu. Bene: scoprire allora che il sapore dei neutrini oscilla è come scoprire che l’Universo è una grande costruzione Lego in cui i mattoncini incredibilmente cambiano di continuo colore!
Certo, «vedere» un Lego che cambia colore non è così facile come «cogliere in flagrante» un neutrino che cambia sapore. I neutrini non si possono vedere con gli occhi come i Lego, ma si può rivelarne la presenza e misurarne le proprietà. Non è facile perché i neutrini attraversano tutta la materia praticamente indisturbati, lasciando piccolissime tracce della loro presenza e del loro passaggio. Basti pensare che ogni secondo un uomo è attraversato senza conseguenza alcuna da circa quattrocentomila miliardi di neutrini provenienti dal Sole!
E questo è anche il motivo per cui sono enormemente complessi gli esperimenti SNO (Sudbury Neutrino Observatory) e Super-K (Super-Kamiokande Observatory), di cui i corrispettivi coordinatori Arthur B. McDonald e Takaaki Kajita sono stati insigniti appunto del Premio Nobel.
Il legame tra l’oscillazione dei neutrini e la loro massa è ancora più sorprendente. Senza entrare in complessi ragionamenti di Fisica quantistica si potrebbe sintetizzare la relazione utilizzando la precedente metafora dei Lego.
Il punto fondamentale è che se i Lego-neutrini possono cambiare colore (sapore, fuor di metafora), allora non possono avere massa necessariamente nulla come il Modello Standard prevede. La ragione di ciò è che i neutrini non possono avere contemporaneamente definiti sapore e massa, per una ragione simile a quella per cui non possono avere contemporaneamente definite posizione e velocità. Insomma, nel Modello Standard c’è qualcosa che non torna.
Tra i premi Nobel per la Fisica dal 1969 al 2014, ben dodici hanno riguardato la Fisica delle particelle, cioè il Modello Standard, sei per contributi teorici e sei per contributi sperimentali.
Il 2015 ha portato con sé un’ulteriore novità. Una novità che è una domanda: se il Modello Standard così com’è, ha delle imperfezioni, probabilmente è da ripensarsi in un quadro ancora più ampio, di cui il Modello Standard attuale è un angolo particolare? In effetti questo è proprio del metodo con cui procede la scienza: l’arrivo a una certezza conquistata spalanca una domanda più ampia.
E interessa tutti. Perché ci invita a chiederci cosa voglia dire «conoscere».
Leonardo Malgieri
(Laureato in Fisica Teorica presso l’Università degli Studi di Milano, specializzato nelle particelle del Modello Standard. Attualmente è consulente strategico per aziende di differenti dimensioni e settori)
© Pubblicato sul n° 59 di Emmeciquadro