Di cosa mi occupo, esattamente?

Purtroppo, fra lo spazio ristretto (si era in piena campagna per le elezioni regionali) e la riluttanza di pubblicare lunghi articoli su astrusi argomenti scientifici, me lo rifiutarono.
Lo pubblico qua', perche sinceramente credo di aver fatto un buon lavoro a spiegare i concetti base della materia. Giudicate voi.
Per particolari piu' avanzati, vi rinvio alla pagina in inglese

Quando ho ricevuto la notizia che il CERN ha deciso ufficialmente di annunciare al mondo la scoperta di un nuovo stato di materia, la prima cosa che ho fatto, visto che ero all'estero, fu di chiamare una mia amica in Italia per chiederle di conservare articoli di giornale e estratti di trasmissioni televisive che ne parlassero.
Si sa, quando qualcosa a cui hai lavorato viene trattata nei mass media, una certa eccitazione e'comprensibile. Richiamo fra qualche giorno e... "Niente. Tutto quello di cui si occupa la stampa, qua, sono i referendum e la par condicio. Quella roba sul plasma di quark e gluoni non ha nulla a che fare ne' con l'una ne con l'altra faccenda, quindi..."

Ha ragione la stampa nostrana,ad assumere un'atteggiamento del genere? Considerato che "probabilmente nessuno a parte gli scienziati riuscirebbero a capire questa scoperta"? E che "anche se la riuscissimo a capire, cosa cambiera`per la nostra vita?" Per combattere tutti questi ohime'diffusissimi stereotipi, provo a spiegare di cosa tratta la scoperta, perche e'interessante, e perche, a conti fatti, non e'cosi'irrilevante di quanto appaia a prima vista.

Si sa che le particelle che compongono il nucleo atomico, i protoni e i neutroni, sono a loro volta composte da particelle ancora piu elementari, chiamate Quark.
I quark sono tenuti insieme da una forza chiamata "colore" (e' solo un nome, nessun legame col colore che conosciamo) nello stesso modo con cui la forza elettrica tiene insieme i protoni e gli elettroni negli atomi.
Cosi', proprio come le forze elettriche fra diversi elettroni negli atomi formano i legami chimici che tengono insieme le molecole, le forze di colore fra quark di diversi protoni e neutroni tengono insieme il nucleo atomico e sono alla base delle forze nucleari.

Il colore, pero, ha delle differenze molto interessanti rispetto all'elettricita. Intanto, invece delle familiari due cariche positive e negative, la forza di colore ne ha ben 6: Sono chiamate "Rosso", "Verde", "Blu","antirosso", "antiverde", "antiblu". L'unico modo per fare oggetti elettricamente neutrali, come sappiamo,e' di mettere insieme cariche positive e negative uguali.
Invece, per neutralizzare il colore, si puo mescolare un colore con l'anticolore (per esempio blu e antiblu) oppure, come succede nei protoni e neutroni, mescolare insieme tutti e i 3 colori o gli anticolori.

Una differenza ancora piu' importante riguarda i campi di forza:
I campi elettrici trasmettono le forze fra cariche elettriche, ma non sono caricati elettricamente. I campi di colore, invece, hanno essi stessi una carica di colore.
Per questo, ogni parte di un campo di colore attrae ogni altra parte, al punto che il campo si arrotola su se stesso fino a formare un filo infinitamente sottile, ma dotato di una tensione infinita. La forza del colore, invece di dimunuire progressivamente di intensita' con la distanza come quella elettrica, si comporta un po' come un'elastico "perfetto": E' abbastanza facile spostare un quark per una piccola distanza in un campo di colore, ma se si tenta di tirarlo fuori da questo campo la forza aumentera', invece di diminuire con la distanza.

Per questo separare due quark, o isolare un quark da una particella nucleare, e' impossibile. Se si tenta di farlo, si finira per spendere abbastanza energia da creare nuovi quark. Invece di ottenere un quark libero e isolato, si finirebbe con piu' quark nuovi legati fra loro. (un po'come tentare di "isolare" le estremita' di un filo. Se si divide il filo in due, si finira'con due fili piu'piccoli, ma ciascuno con due estremita'distinte).
I quark, quindi, sono sempre stati studiati all'interno di oggetti complessi, come protoni e neutroni. Malgrado i concetti di base sulla loro natura siano noti da decenni, le forze e le strutture che li legano , e che legano insieme i nuclei, sono ancora abbastanza misteriose.

Tuttavia, pare che ci sia una scappatoia: Invece di tentare di dividere i quark, si puo tentare di comprimere il piu' possibile tanti protoni e neutroni. Al di sopra di una certa temperatura e densita', i quark di due protoni e neutroni diversi saranno vicini tanto quanto i quark di una stessa particella. I protoni e i neutroni, quindi, si "scioglieranno" in una grande zuppa di quark. All interno della zuppa, ogni quark si muovera praticamente come una particella libera. Questa zuppa di quark scollegati (chiamata in linguaggio tecnico "plasma di quark e gluoni") sarebbe uno stato di materia completamente nuovo, mai visto dagli inizi dell'universo. Il CERN ha appunto annunciato di essere riuscito a fabbricarlo in laboratorio.

Il metodo usato era di far scontrare insieme nuclei pesanti (contenenti molti protoni e neutroni) a grande velocita. La velocita d'urto ,si spera, sarebbe abbastanza forte da comprimere protoni ed elettroni insieme con tanta energia da ottenere il loro scioglimento. Il problema e che studiare le proprieta' di questo nuovo stato di materia, o anche essere sicuri che sia stato creato, e molto difficile. Dopo miliardesimi di secondo, infatti, la "zona calda"creata dallo scontro si raffreddera, e un'eventuale zuppa di quark scollegati si congelera' trasformandosi in materia normale. E l'unico modo di investigare cosa e'successo nella zona calda e'studiare le proprieta'della materia normale creata dopo lo scontro.

E'come se vivessimo in un mondo con un clima perennemente artico dove l'acqua sia sempre congelata. L'unico modo per studiare l'acqua allo stato liquido sarebbe di comprimere due palle di neve con abbastanza forza da sciogliere un pochino di acqua al centro. Poi, ovviamente, quell'acqua si ricongelerebbe, e, per studiarne le proprieta', non ci resterebbe che studiare il ghiaccio nuovamente congelato. Capire qualcosa in questo modo e' possibile, ma molto difficile.

I metodi proposti per studiare il plasma di quark e gluoni non mancano: C'e chi pensa di guardare alla velocita' delle particelle emesse dopo lo scontro. Chi invece vuole investigare l'abbondanza di alcuni particolari tipi di particelle, perche si pensa che la loro creazione sia soppressa o anzi favorita in una zuppa di quark liberi. Chi invece pensa che in un plasma di quark e gluoni si formera'"materia strana", configurazioni stabili di quark normalmente inesistenti in natura. L'efficacia e affidabilita` di ciascuno di questi e' tuttavia assai discussa. Questo, anzi ,e'un'argomento ancora molto controverso fra i teorici, e nessun esperimento basato su questi metodi ,se preso da solo, potrebbe provvedere una conferma che questo nuovo stato di materia sia stato prodotto. Perche, allora, il CERN e'cosi'sicuro di averla scoperta?

Il fatto e' che il programma dello studio degli ioni pesanti del CERN comprende non uno, ma sette esperimenti, e ciascun esperimento, fondato su basi teoriche diverse, ha dato un risultato che si puo considerare un'indizio che "qualcosa" simile al plasma di quark e gluoni si sia formato. I risultati di ciascuno di questi esperimenti, se presi a se, non potrebbero considerarsi una prova conclusiva che il plasma di quark e gluoni; Ma l'evidenza di tutti gli esperimenti presi insieme e' veramente difficile da spiegare in un'altro modo.

Adesso che, spero, la natura della scoperta e' un pochino piu' chiara, la domanda "a che serve?" viene spontanea. Dopotutto, che senso ha studiare le proprieta' di una materia che necessita di apparecchiature costosissime per essere creata in quantita' submicroscopiche e che, comunque, in natura non esiste o quasi?

Ci sono diverse risposte:
Intanto, oggi questo stato di materia forse non esiste, ma non era sempre cosi'. Anzi, milionesimi di secondo dopo il big bang, l'origine dell'universo, tutta la materia esisteva solo in forma di plasma di quark e gluoni. Studiare questa forma di materia, quindi, significa capire come era l'universo allora,il che e' indispensabile per capire come e' adesso, e come e' arrivato ad essere cosi'.

Inoltre, come scritto prima, malgrado fondamentalmente le forze nucleari siano note, siamo molto lontani dall'aver veramente capito la struttura e gli aspetti di sistemi legati dalle forze nucleari, come i nuclei degli atomi. Vedere come la materia nucleare si comporta in condizioni cosi estreme potrebbe essere un passo nel capire come si comporta in condizioni normali, alle energie di tutti i giorni.
E, a 50 anni da Hiroshima e 15 da Chernobyl, dovrebbe essere chiaro a tutti che questa branca del sapere e' ben lontana dall'essere irrilevante alla vita quotidiana.

Tuttavia, c'e una ragione ancor piu' fondamentale per questi studi.
Le forze che legano insieme gli atomi negli oggetti di tutti i giorni sono molto semplici e ben conosciute. Sono quasi sempre le pure e semplici forze elettriche.
Eppure, la complessita'e la varieta'degli oggetti "grandi"che ci circondano, dalle molecole del DNA al diamante, dalla materia organica all'acqua, trascende la semplicita' dei loro componenti.
Capire come si arriva da regole semplici e atomi piccoli a strutture grandi e complesse e' forse molto piu'complicato delle particelle elementari.
Il plasma di quark e gluoni e' un passo in questa direzione:
Anche la' si tratta di un sistema complesso (centinaia di particelle) basato su regole semplici, ma queste regole sono diverse da quelle a noi familiari (6 "colori" invece di 2 cariche elettriche, ecc.).
Studiare una struttura grande e complessa basata su queste regole significa studiare il passggio dal piccolo al grande, dal semplice al compesso, in condizioni mai viste. Il che, si spera, sara'un passo nel capire il grande e il complesso in generale.

Per questi motivi, l'annuncio della produzione del plasma di quark e gluoni e' degno di nota, anche se i media hanno cose assai piu' "importanti" come la par condicio da occuparsi. Dopotutto, mentre la politica e'fatta da cose importanti oggi ma completamente dimenticate in tempi brevissimi, piu'di una scoperta scientifica, magari sembrata assolutamente irrilevante quando e'stata fatta, ha finito per cambiare per sempre la vita e il modo di percepire il mondo di tutti noi.