Di cos’è fatto l’universo? Ce lo racconta Lucia Votano

Per Lucia Votano, già direttore del Laboratorio nazionale del Gran Sasso, dirigente di Ricerca associata all’INFN, professore incaricato di Fisica generale all’Università di Urbino, che ha lavorato al CERN di Ginevra, al DESY di Amburgo e al progetto JUNO in Cina, e autrice de Il fantasma dell’universo. Che cos’è il neutrino (Carocci Editore, 2015), tra i titoli finalisti al Premio Galileo 2016, non si pone nemmeno il dubbio o l’interrogativo sul suo lavoro.

Lavorare in laboratori sotterranei o in luoghi estremi come ghiacciai polari o profondità marine è un “sacrificio” secondario e tollerabile se rapportato alla soddisfazione di conoscere e capire l’universo, anche attraverso lo studio di particelle pressoché invisibili. I neutrini, come le onde gravitazionali, sono scoperte che hanno avuto recenti conferme e saranno un supporto notevole.

Ne ha parlato Lucia Votano, nell’intervista che gentilmente ci ha concesso. Traspare, dalle sue parole, tutto l’entusiasmo e la passione per il proprio lavoro. Racconta anche la Votano dell’importanza della conoscenza e della cultura, della necessità per l’Italia di ritrovare uno slancio in questa direzione, in modo da arrestare, il prima possibile, il declino culturale oltre che economico nel quale il Paese sta precipitando.

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Ne Il fantasma dell’universo si narra di come si sono formati, quattordici miliardi di anni fa, i neutrini e di come sono giunti fino a oggi. Perché il loro studio è così importante? Quali informazioni possono rivelarci?

I neutrini sono apparsi a decimillesimi di secondo dal Big Bang e dopo un secondo, liberi di muoversi, hanno pervaso tutto l’universo. Ancora oggi in ogni suo centimetro cubo si calcola ci siano circa trecento di questi neutrini che sono i più antichi che potremmo rivelare. Tuttavia la loro energia è molto bassa e ancora non siamo in grado di misurarli. Quando questo sarà possibile, essi potranno raccontarci com’era l’universo nei suoi primissimi istanti. I cosmologi che sono riusciti a misurare la prima luce, apparsa 380 mila anni dopo il Big Bang, ne stanno ricavando moltissime informazioni sulla storia ed evoluzione del cosmo. Se riusciremo a misurare anche il fondo cosmico di neutrini, potremo indagare un’epoca ben più antecedente.

Le sorgenti di neutrini sono comunque tante, sia naturali sia artificiali. Ne arrivano dal Sole, dalla Terra, dalle stelle morenti, con i raggi cosmici, sono prodotti negli acceleratori o dalle centrali nucleari e tutti ci raccontano e ci aiutano a capire i processi che li hanno generati.

Ai neutrini è stato dedicato anche l’esperimento OPERA, protrattosi dal 2008 al 2012, con il coinvolgimento di 140 fisici di ventisei Istituti di ricerca dislocati in 11 Paesi. Tutta questa mobilitazione per studiare ciò che lei, nel suo libro, definisce il fantasma dell’universo. Qual è la reale portata di questa scoperta?

L’esperimento OPERA ha fornito la prima prova diretta al mondo del fenomeno delle oscillazioni, cioè della capacità dei neutrini di trasformarsi da un tipo all’altro. Il CERN produceva e inviava verso il Laboratorio del Gran Sasso un fascio di neutrini esclusivamente di tipo (sapore) muonico. OPERA è riuscita a catturare e misurare anche quelli che si erano trasformati in neutrini di tipo (sapore) tau. In questo senso è la prova diretta delle oscillazioni. L’importanza di questo fenomeno, ipotizzato da Bruno Pontecorvo alla fine degli anni Cinquanta, risiede nel fatto che esso dimostra che i neutrini hanno una massa, ancorché piccolissima. Ciò non era previsto dal Modello Standard (MS) delle interazioni delle particelle elementari, pertanto è un segnale di nuova fisica e della necessità di guardare oltre il MS.

Di cos’è fatto l’universo? Ce lo racconta Lucia Votano

Se i fantasmi dell’universo sono i neutrini, quelli della Terra sembrano i fisici che li studiano, chiusi in laboratori siti negli angoli più remoti del nostro pianeta. Ne vale sempre la pena?

La curiosità di capire di cosa è fatto il mondo e l’universo, la capacità di astrazione della mente umana che si sforza di ricondurre la miriade di fenomeni e le meravigliose manifestazioni della natura a poche interazioni fondamentali tra minuscole particelle elementari, è questo che fa dell’uomo un essere pensante, il più nobile tra gli animali della terra. Studiare i neutrini rientra in questo tentativo di rispondere a fondamentali domande antiche come l’uomo, usando però il metodo scientifico che ci ha insegnato Galileo Galilei. Non si pone neanche il problema se valga o no la pena: “Cogito ergo” devo fare ricerca di base per migliorare sempre di più la conoscenza dell’uomo sul mondo e tutto l’universo.

La Storia ci ha insegnato che le grandi e piccole rivoluzioni scientifiche raramente sono avvenute per caso, quasi sempre invece sono state il frutto della dedizione e dello studio degli scienziati supportati da apparecchiature esistenti o create ad hoc. Ciò vale ancora oggi?

Vale sempre di più, perché ad esempio la ricerca in fisica delle particelle elementari ha bisogno di potenti acceleratori quali il Large Hadron Collider del CERN, la fisica astroparticellare ha bisogno di laboratori sotterranei per eliminare il disturbo dei raggi cosmici. Grandi infrastrutture ed enormi apparati sperimentali sono gli strumenti indispensabili per fare ricerca in questi campi. Ogni esperimento, inoltre, è condotto da un insieme di scienziati, da una Collaborazione come noi diciamo, che ad esempio nel caso di ATLAS e CMS, i due esperimenti che hanno scoperto il bosone di Higgs, arriva a qualche migliaio di persone.

Un secolo dopo la formulazione della teoria della Relatività Generale da parte di Albert Einstein arriva la conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali. Cosa comporta questa scoperta nel lavoro di ricerca e studio dell’universo?

La scoperta delle onde gravitazionali è l’ultima, tra le previsioni della Relatività Generale, ad aver avuto il suggello della prova sperimentale. È una scoperta storica, di grande rilevanza, che non cessa di entusiasmare i fisici.

Altro aspetto molto importante è che l’uomo possiede da oggi un altro strumento di esplorazione dell’universo. Solo con quest’unico evento abbiamo imparato che esistono sistemi binari costituiti di due buchi neri di dimensioni di qualche decina di masse solari, di cui non conoscevano l’esistenza.

L’uomo ha sempre osservato e studiato l’universo attraverso la luce, in generale con le onde elettromagnetiche di varie frequenze che ci arrivano dal cosmo, più recentemente abbiamo imparato a utilizzare anche i neutrini, d’ora in poi potremo usare anche le onde gravitazioni. Èquindi uno studio che si avvale di molti messaggeri che farà progredire molto la nostra conoscenza dell’universo.

Di cos’è fatto l’universo? Ce lo racconta Lucia Votano

In più di un’occasione lei ha palesato la sua preoccupazione per il declino culturale, oltre che economico, in atto nel nostro Paese. Quali ritiene ne siano le principali cause? E cosa andrebbe fatto?

Non lo dico io, ma fior di economisti. Gli investimenti in quello che Umberto Eco chiamava il “triangolo della cultura”, cioè formazione, creatività e ricerca scientifica, sono uno dei motori, forse il principale di crescita sociale ed economica di un Paese. L’Italia purtroppo sta regredendo nelle classifiche di parecchi parametri che ne misurano il benessere economico e sociale; la correlazione con la contemporanea decrescita degli investimenti nella scuola, nella ricerca, in cultura è forte. È quindi chiaro cosa si dovrebbe fare per risalire la china.

Il punto di forza del Premio Galileo è senz’altro il tentativo di avvicinare la scienza ai giovani, dal momento che il vincitore sarà selezionato da studenti della scuola superiore di secondo grado. Come mai, in Italia, si è verificata una sorta di frattura tra i giovani e la scienza, proprio nel periodo in cui le nuove tecnologie riempiono la vita di tanti adolescenti? E cosa può fare la scienza per risanare tale frattura?

La Scienza deve impegnarsi sempre di più nella divulgazione, nel far capire ai giovani qual è il senso profondo e l’interesse della ricerca scientifica, avvalendosi anche di tutte le nuove tecnologie.

Quando i giovani delle scuole visitano i nostri laboratori, spesso rimangono colpiti dall’entusiasmo con cui i nostri ricercatori parlano di quello di cui si occupano. Anche questo è importante, perché i ragazzi sanno riconoscere e intuire che dietro c’è amore per il proprio lavoro, impegno, curiosità di conoscere.

La scuola da parte sua deve svolgere bene il suo compito, insegnare ai ragazzi a ragionare, a sviluppare il senso critico, saperli appassionare alla scienza e alla matematica. Servirebbe anche un maggiore collegamento tra le varie discipline, tra fisica, matematica e filosofia o letteratura. Ad esempio la nascita della scienza moderna nel Seicento non è un fenomeno che si spiega senza conoscere la storia di quel periodo, o ancora, la rivoluzione al concetto di spazio e tempo apportata da Einstein si collega molto ai movimenti culturali del secolo scorso.

In poche parole servono più scienziati che facciano buona divulgazione e ottimi insegnanti di scuola superiore.

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© 2016, Irma Loredana Galgano. Ai sensi della legge 633/41 è vietata la riproduzione totale e/o parziale dei testi contenuti in questo sito salvo ne vengano espressamente indicate la fonte irmaloredanagalgano.it) e l’autrice (Irma Loredana Galgano).

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