A chi chiedere una testimonianza delle caratteristiche e del senso della ricerca scientifica se non a chi, come l’autore di questo articolo, ha dedicato gran parte della sua vita a questa avventura di natura conoscitiva e pienamente umana? L’autore che ha ideato e diretto l’esperimento Borexino, e ha scoperto i meccanismi che fanno brillare il Sole e le stelle, è stato insignito di numerosi premi tra cu il Premio Internazionale Bruno Pontecorvo nel 2015 e il Premio Enrico Fermi nel 2017.
Si parla spesso di ricerca scientifica nei diversi campi del sapere scientifico. Prendiamo come esempio la fisica: quanti sanno davvero come si svolge una ricerca in fisica fondamentale? Cioè in quella branca della scienza che si occupa di comprendere i fenomeni fisici che avvengono nel mondo che ci circonda?
È certamente un ambito vastissimo: basta pensare che tutto ciò che ci circonda – tutto ciò che evolve intorno a noi, fino ai confini dell’Universo – può essere spiegato dalla fisica e dalla chimica. La fisica abbraccia discipline che spaziano dall’elettronica alla scienza dei materiali, dall’ottica all’astrofisica, dalla fisica nucleare e delle particelle alla fisica della materia condensata, e così via. Ogni disciplina ha le sue metodologie di studio e progresso, ma tutte condividono il comune fondamento del metodo scientifico.
Quest’ultimo, codificato da Galileo, si basa sull’idea che per comprendere la Natura sia necessario interrogarla attraverso esperimenti o, quando la sperimentazione diretta non è possibile, mediante osservazioni.
Un aspetto fondamentale della fisica è che la ricerca di base molte volte precede le applicazioni tecniche. Senza una comprensione approfondita di un fenomeno, non sarebbe possibile sfruttarlo per scopi pratici. Allo stesso tempo, però, la ricerca scientifica di base si avvale della tecnologia. Gli strumenti utilizzati per condurre esperimenti possono essere altamente sofisticati e, quando si indagano fenomeni del tutto nuovi, spesso è necessario sviluppare strumenti e metodologie mai esistiti prima. Da ciò si comprende come la fisica di base e la tecnologia siano strettamente interconnesse e si supportino a vicenda.
L’esperienza dello scienziato
Passiamo ora allo spirito con cui uno scienziato deve affrontare la ricerca sperimentale. Un vero scienziato deve essere privo di pregiudizi e pronto ad accettare qualsiasi risultato emerga dall’osservazione, anche se questo contraddice le sue convinzioni scientifiche o personali. È fondamentale che egli verifichi se i dati raccolti siano in contrasto con i risultati sperimentali ottenuti in precedenza da lui o da altri ricercatori sullo stesso argomento. Un corretto risultato scientifico deve essere ripetibile: ripetendo un esperimento con lo stesso obiettivo, anche utilizzando tecniche diverse, si dovrebbe ottenere un risultato coerente, entro i limiti di incertezza che ogni misurazione porta con sé. Ricordo che una misura assolutamente priva di incertezze non esiste; sarebbe ciò che i filosofi definiscono un noumeno, una pura astrazione.
Infine, la ricerca scientifica non può essere una attività isolata. Altri scienziati devono poter verificare e validare i risultati ottenuti da ogni ricerca, affinché possano essere considerati oggettivi. I fenomeni osservati possono essere di varia natura: alcuni avvengono nel presente; la lettura o lo studio di altri portano a evidenziare fenomeni avvenuti in tempi molto lontani, come le ere geologiche passate o eventi cosmici avvenuti miliardi di anni fa. In questi casi, non è possibile una osservazione diretta, ma si può cercare di comprendere tali fenomeni studiando reperti antichi o analizzando tracce lasciate nel tempo. Per esempio, il Big Bang, che si ipotizza come l’inizio dell’Universo, è stato ricostruito attraverso osservazioni e dati raccolti ora, miliardi di anni dopo il Big Bang.
La ricerca scientifica è un percorso fatto di numerosi passi, spesso piccoli e faticosi, che gradualmente ci avvicinano a risultati che spiegano il fenomeno in studio. Tuttavia, il cammino non è mai lineare e può rivelarsi accidentato: lungo la strada si possono incontrare problemi o aspetti del tutto inaspettati che obbligano a cambiare la direzione della ricerca, a rivedere le tecniche utilizzate onde risolvere i problemi inattesi. A volte, oltre ai progressi, ci si trova a fare anche dei passi indietro, quando emergono lacune impreviste che bloccano temporaneamente il lavoro, richiedendo nuove analisi e riflessioni.
Trovo particolarmente ispirante una frase del fisico John N. Bahcall (1934 – 2005), padre del modello solare standard e grande sostenitore del mio ultimo esperimento, conosciuto come Borexino.
Bahcall disse: «The most important discoveries will provide answers to questions that we do not yet know how to ask and will concern objects we have not yet imagined» (le scoperte più importanti forniscono risposte a domande che non siamo ancora in grado di formulare e riguardano oggetti che non abbiamo ancora immaginato). [How the Sun Shines, 2000, Nobel e-Museum].
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Gianpaolo Bellini
(Professore Emerito all’Università di Milano, Scienziato Emerito dell’INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)
