Sarà capace di ri-creare condizioni simili a quelle che si manifestarono pochi istanti dopo il Big Bang. In inglese vuol dire "grande esplosione" e la teoria che lo descrive parte dall'ipotesi secondo cui l'Universo avrebbe avuto inizio da una altissima densità di energia per poi cominciare ad espandersi. Immediatamente. Una espansione che continua tuttora. La teoria descrive cioè quanto è accaduto nei primissimi istanti dell'universo. Con riferimento, in particolare, alla formazione della materia primordiale.
Nella elaborazione della teoria si utilizzano sia la fisica delle particelle sia la teoria della gravitazione nella sua forma più ampia che viene espressa dalla relatività generale. Nella foto, il modello di evoluzione dell'Universo, dal Big Bang ai giorni nostri. Si vede, molto chiaramente, che l'espansione dell'Universo inizia da una situazione in cui le dimensioni dello stesso tendono a zero, mentre la temperatura e la densità, all'infinito. Poiché questa, in fisica, è una condizione che non ha alcun significato, si può solo supporre che, in condizioni così estreme, le leggi fisiche che noi conosciamo non abbiano più validità alcuna.
L'età dell'Universo, basata sulle più recenti misure di distanza dalle galassie, è compresa fra i 10 e i 16 miliardi di anni. Anche le ricerche più accurate non sono riuscite a ridurre il margine di incertezza. Quello che si sa per certo è che l'Universo primordiale era assai simile ad un acceleratore di particelle di enorme energia. In esso, elettroni e positroni, protoni e antiprotoni, quark e antiquark si annichilavano, trasformandosi in energia. Continuamente. Formando così altre coppie di particelle e antiparticelle.
Scrive Margherita Hack dell'Università di Trieste: «Disponiamo di quattro prove sulla origine dell'Universo dal big bang: l'espansione dell'Universo; l'età che se ne ricava, compatibile con l'età delle stelle più vecchie (purché sia più vicina a 16 che a 10 miliardi di anni); la radiazione cosmica di fondo a 3 gradi assoluti; l'abbondanza cosmica di deuterio ed elio. […] Ma ci sono molti problemi irrisolti. […] Il principale: perché ha avuto luogo il big bang e come è cominciato l'Universo? Molte teorie e ipotesi basate sulla fisica quantistica tentano di rispondere a queste domande, ma le verifiche sperimentali sembrano a tutt'oggi impossibili. Le osservazioni sono in grado di darci diverse conferme della teoria dell'Universo originato dal big bang, ma numerosi problemi restano ancora insoluti».
La grande astrofisica scriveva queste cose nel 1995. Che io qui riassumo liberamente così: il big bang è la teoria cosmologica espansionistica più accreditata. Con essa si suppone che 15-20 miliardi di anni fa tutta la materia dell'universo si trovasse concentrata in una situazione di densità talmente elevata da non essere descrivibile dalle leggi fisiche. Una improvvisa esplosione avrebbe dato inizio ad una rapida espansione della materia (tuttora in atto), in tutte le direzioni. Ecco, LHC, l'acceleratore di particelle, ri-creerà quei pochi istanti dopo il Big Bang da cui ha avuto origine l'Universo.
Siamo tra le montagne del Jura francese, a sinistra. A destra, il lago di Ginevra. In Svizzera. Un anello. Lungo 27 chilometri. A forma di tunnel. Scavato come una galleria. A 90 metri di profondità. L'anello è interrotto in quattro punti. Sono quattro gigantesche caverne. Nelle quali alloggiano enormi strutture ingegneristiche. Come formichine, un esercito di fisici e di tecnici si affannano attorno a LHC. Il mostro. Che è ospitato qui. E le dimensioni del quale fanno sentire smarriti e confusi. Large Hadron Collider è l'«esperimento». Sarà lui, LHC, a far sì che si rivelino le componenti fondamentali della materia, le particelle. E lo farà in un unico modo: accelerando. Sempre più. Sino a raggiungere la velocità della luce. Per la qual cosa servono i magneti. A migliaia. E i 27 chilometri di tunnel. Un tragitto lungo il quale i magneti orientano e correggono la traiettoria del fascio di particelle. Ma non basta. Perché quei miliardi di collisioni bisogna anche fotografarli. E identificare quelle poche nelle quali si rivelano le componenti ultime della materia. Per questo – e a questo – servono le imponenti macchine installate. Nelle quattro gigantesche caverne che interrompono il chilometrico anello, si fotograferanno le collisioni.
Tubi e sensori, ruote gigantesche e pannelli interamente ricoperti di sensori raffinatissimi e fantascientifici per dare la caccia a due elementi: il bosone di Higgs, prima di tutto. E per vedere, poi, la supersimmetria. Parole magiche. Incomprensibili ai più. Comprensibili ai fisici. Con una unica certezza: quando a novembre partiranno gli esperimenti di LHC, sarà un rivoluzione. In meno di un lustro, la fisica sarà cambiata. Totalmente. Lo spiega, con dovizia di particolari, Guido Tonelli, dell'Università di Pisa. Collabora all'esperimento Cms, uno dei quattro che serviranno a fotografare le collisioni di raggi di particelle nell'anello. Dice il professor Tonelli: « I teorici hanno disegnato la teoria di tutte le forze che formano la materia e che la tengono assieme. Gli sperimentali sono andati alla ricerca di tutte queste particelle. E le hanno trovate. Una ad una. Meno il bosone del fisico scozzese Peter Higgs. Che lo ha previsto. Ma che nessuno ha mai visto. Tuttavia, senza di quello, il modello standard non sta in piedi. Pertanto, con queste strutture sofisticatissime, lo si dovrebbe trovare».
Insomma, se c'è lo si troverà. Se non lo si troverà sarà un disastro. Anche perché significherà che si sta cercando una cosa che non c'è. E, dal punto di vista politico, come aggiunge un altro fisico «sarà una sconfitta – centinaia di milioni di euro spesi in esperimenti per trovare una cosa che non c'è –, ma dal lato intellettuale sarebbe una cosa meravigliosa… i fisici si troverebbero a dover riscrivere tutto. Perché vorrebbe dire che il modello standard funziona benissimo, ma è sbagliato!»
Per dirla tutta: per essere sicuri che il bosone non c'è bisogna fare tante prove. In definitiva è poi questo che interessa davvero i fisici: avere dei dati. E su di essi riflettere. Avanzare ipotesi sulla materia. Elaborare teorie sulla stessa. E sulle leggi che la governano. Capire bene che cosa accadde un secondo dopo il Big Bang. Perché fu allora che la materia prese forma. In ogni caso, qualunque cosa verrà trovata «Higgs chiuderà un capitolo della fisica. Le supersimmetrie ne apriranno un altro. Meglio, una nuova èra. Perché la verità è che non si sa di che cosa sia fatta la materia. Dell'Universo si conosce solo il 2-3 per cento. Il restante 97 per cento è sconosciuto».
I teorici dicono: ci sono delle particelle. Gli sperimentali le cercano. E, se riescono, le trovano. Con LHC chissà che cosa troveranno. I teorici dicono che c'è la materia oscura, le particelle supersimmetriche. È questo il simbolo di quanto è più unico che raro: l'araba fenice della fisica.
Dice il fisico professor Mandelli: «La materia oscura si è formata al Big Bang quando le particelle si scontrarono ad elevatissime energie. L'Universo che conosciamo, intanto, prendeva forma. Le particelle rimasero. Ci sono ancora. Ma non le vediamo». Ecco il perché di HLC. Che produrrà una energia ed un numero di collisioni al secondo così elevato che se una materia simmetrica a quella che vediamo esiste, la si rileverà. Ma c'è qualcosa di più. Continua Mandelli: «Potrebbero sortire da questo straordinario esperimento, ipotesi ancor più affascinanti della supersimmetria. La scoperta di extra-dimensioni, ad esempio. Noi pensiamo di vivere in un mondo a tre dimensioni. In più c'è quella temporale. Se dovessimo scoprire che, in realtà, viviamo in un mondo che si muove su dieci dimensioni, anche la nostra immaginazione comincerebbe a vacillare».
È proprio questa la sconcertante rivoluzione della nuova fisica: costosissimi mostri tecnologici che, per decenni, hanno fatto lavorare migliaia di persone. Con ri-cadute che hanno cambiato il mondo: Internet, il laser, la Risonanza magnetica per fare solo qualche esempio.
Scrive la giornalista Daniela Minerva in "Pronti per il Big Bang": «Sono strumenti progettati ai limiti delle possibilità umane e dei materiali impiegati per indagare ciò che appare immateriale. Il mostro che agita il ventre delle montagne franco-svizzere è ai nastri di partenza: a novembre sapremo. Ma faticheremo ancora a capire cosa abbiamo saputo».
Ermanno Antonio Uccelli |
