Scienza e Fede: Il Modello Standard delle particelle elementari

Scienza e fede: pubblichiamo l’abstract della conferenza Il modello standard delle particelle elementari, svoltasi a Roma il 17 dicembre 2019. Relatore l’astrofisico spagnolo Jaime Julve, vicedirettore dell’Instituto de Fisica Fundamental dello Spanish National Research Council. L’evento si è svolto all’Ateneo Pontificio Regina Apostolorum, nell’ambito del modulo  Le Fondamenta della Materia Fisica del Master in Scienza e Fede.

Abstract conferenza Il modello standard delle particelle elementari.

Giunto a completamento negli anni 70 dello scorso secolo, Il Modello Standard – SM delle particelle elementari rappresenta ancora lo stato attuale delle conoscenze del mondo subatomico, osservabile negli urti ad elevata energia negli acceleratori di particelle e nella radiazione cosmica. Riduce la materia oggi conosciuta a una ristretta famiglia di costituenti fondamentali, che annovera nomi popolari come i fotoni, i neutrini e i quark.

Come ruolo sistematizzatore del mondo microscopico è analogo a quello della Tavola Periodica di Mendeleev, che riconduce le miriadi di sostanze chimiche, naturali e artificiali, a combinazioni di solo un centinaio di elementi chimici. L’atomismo classico, che trova finalmente riscontro e la sua versione più evoluta con la chimica ottocentesca, postula che questi elementi sono fatti di atomi uguali, semplici, indivisibili ed eterni. Questo paradigma entra in crisi con il progresso tecnico e nel primo novecento nuovi strumenti di ricerca mostrano che l’atomo ha invece una struttura. Prende così l’avvio una corsa che dura fino ad oggi e che, salendo nelle energie, svela l’esistenza di un bizzarro mondo subatomico nel quale elementarità non è più sinonimo di stabilità, e dove i mattoni fondamentali, i novelli “atomi”, paradossalmente possono decadere in altri oppure non esistere come particelle libere.

Lo sforzo per descrivere questo nuovo scenario ha richiesto l’abbandono di molti preconcetti classici, come ha dovuto fare la Meccanica Quantistica nel caso dell’atomo. Una delle sue leggi caratteristiche stabilisce che per aumentare la risoluzione verso il piccolo bisogna impiegare energie sempre più alte, rendendo inevitabile, non solo per la pulsione unificatrice della Scienza, l’integrazione della Relatività Speciale einsteniana nello schema: immettendo una energia abbastanza alta questa si può convertire nella massa di nuove particelle secondo la famosa equazione E=mc2, fatto che si osserva in laboratorio. Il nuovo paradigma integratore, che contempla la creazione e annichilazione delle particelle elementari, è la Teoria Quantistica dei Campi, formalismo che vertebra il Modello Standard come uno dei possibili modelli concreti.

Oltre ai campi quantistici, che compiono le suddette operazioni, lo SM contiene un ulteriore ingrediente costitutivo altrettanto basilare: la Simmetria. Infatti i “vertici d’interazione”, dove avviene l’annichilazione e simultanea creazione di particelle elementari (nel rigoroso rispetto della conservazione dell’energia, la quantità di moto, la carica elettrica ed altro) sono correlati tra loro da certe regole di simmetria, nell’accezione matematica di “gruppo di trasformazioni”. Contro il sacrificio di antiche assunzioni metafisiche, si ricuperano invece alcune molto tradizionali: nella meccanica quantistica il “collasso” della funzione d’onda si può leggere come un passaggio dalla Potenza all’Atto aristotelici nel corso della misurazione di una grandezza fisica. Similmente, nel Modello Standard, i campi quantistici e la simmetria possono incarnare enti fondanti immateriali appartenenti al mondo ideale platonico.

Nonostante i suoi sbalorditivi successi nel predire qualitativa e quantitativamente tutta la fenomenologia subatomica nota fino ad oggi, è chiaro che il Modello Standard non si può ritenere la parola definitiva, se non altro perché non include la gravitazione ed è stato testato in laboratorio solo fino alle energie raggiungibili dagli acceleratori di particelle. Ma c’è di più: il numero di costanti universali che configurano il mondo fisico supera la ventina e rimangono a tutt’oggi empiriche, inspiegate. Inoltre, solo il 5% del contenuto di massa – energia dell’universo osservabile è costituito da materia ordinaria, riconducibile cioè al Modello Standard, il resto, materia e energia oscure, è mistero. Decisamente “ci sono più cose in cielo e in terra di quante ne sogni la nostra filosofia”.

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