Il Big Bang secondo Venanzoni:
“Quando la materia
prevalse sull’ antimateria”

L’intervento dello scienziato Venanzoni

Guardare il mondo con gli occhi di uno scienziato. E’ questa l’opportunità che la Scuola popolare di Filosofia ha offerto l’altra sera ai 250 intervenuti nel cortile dei Palzzo Conventati a Macerata all’incontro con Graziano Venanzoni, maceratese, che, dopo essersi laureato a Pisa, affronta quotidianamente lo studio della materia e dell’antimateria diviso tra i laboratori italiani dell’Infn, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, il FermiLab di Chicago e il Cern di Ginevra.

La relazione di Venanzoni “Un viaggio tra fisica e filosofia da Democrito all’antimateria” è stata introdotta da un preambolo filosofico che ha spiegato come in effetti la scienza sia nata insieme alla filosofia (osservazione della realtà, ipotesi di spiegazione, uso della ragione nella ricerca delle cause, il filosofo Democrito che arriva addirittura a ipotizzare l’esistenza dell’atomo!).

E’ stata quindi la volta di Venanzoni, partito da una illuminante frase di Hertz. “Non si può sfuggire alla sensazione che queste formule matematiche abbiano un’esistenza indipendente e un’intelligenza propria, che siano più sagge di noi, più sagge anche rispetto ai loro scopritori, che si ottenga di più di quanto originariamente messo in esse.”
Come dire: alcune formule matematiche nella fisica riescono a descrivere l’Universo ben oltre quello che potevano pensare gli stessi scopritori della formula. Come se le formule avessero una vita propria. E basterebbe già solo questo per comprendere quale fascino e quale mistero ci possa essere nell’indagine scientifica.
Poi la spiegazione dell’equazione di Paul Dirac,  che ha rivoluzionato la fisica mettendo insieme la relatività di Einstein e la quantististica successiva. In particolare ne ha spiegato la sua semplicità in  4 componenti:  descrive il moto dell’elettrone incorporando la Teoria Relativistica e la Meccanica Quantistica, predice lo spin dell’elettrone e il campo magnetico associato, predice l’esistenza dell’antimateria (antielettrone) e dà una nuova concezione della materia basata sulle proprietà del campo quantistico elettromagnetico (Teoria quantistica dei Campi). Detto con altre parole ha messo d’accordo il comportamento della radiazione luminosa (continuo) e della materia (discreto, cioè composto di elementi distinti, separati)  e ha scoperto che l’elettrone ha una certa “rotazione” su se stesso (spin), che genera un campo magnetico.

Poi arriviamo alle sorprese per lo stesso Dirac, perché le altre due componenti dell’equazione contengono soluzioni con energia negativa: Dirac scopre e fa scoprire al mondo l’esistenza dell’antimateria, che esistono cioè particelle simmetriche ma di carica opposta all’elettrone che ha carica negativa. Esiste dunque un’antiparticella uguale all’elettrone ma con carica positiva (poi detto positrone). Se i due elettroni si incontrano, si annichilano, cioè distruggono completamente, a vicenda producendo una quantità di energia pura altissima.

Venanzoni si è soffermato molto sull’antimateria e ha cercato di far capire al pubblico che, per spiegare l’esistenza degli antielettroni, occorreva ridefinire il nostro concetto di vuoto, che non è più assenza di materia: lo spazio vuoto è (un mezzo) pieno di elettroni con energia minore di zero.
Se si stimola con la luce l’elettrone con energia minore di zero, esso può assorbire la luce (il fotone) e passare ad energia maggiore di zero, lasciando una “buca”, un vuoto. Ma, come detto, non è vuoto nel senso che non c’è niente, perché ci sono comunque fluttuazioni di energia (tracce di poca durata, particelle “virtuali”). Quindi il vuoto non è vuoto. E anzi, è un vuoto “creativo”, che gli scienziati provano a indagare. Questo vuoto ha una importanza radicale nel comportamento della materia, ma non si sa cos’è. Strano a dirsi, esso può comunque essere misurato. È come se il vuoto fosse il fondo di una pentola che non riusciamo a osservare, ma se la scaldiamo, ogni tanto salgono delle bollicine che provengono dal fondo: ecco, lo scienziato stando sulla superficie della pentola prova a fotografare quelle bolle per capire che cosa sia il fondo da cui provengono. Il vuoto, dunque, è lo stato minimo di fluttuazione di energia.
Lo stato attuale delle ricerche è: non sappiamo cosa sia l’antimateria, ma la possiamo produrre. Il Cern di Ginevra è famoso per questo. Ci sono poi applicazioni anche in medicina, come la Pet.
Lo scienziato è passato poi a spiegare che all’origine dell’universo, materia e antimateria erano presenti in uguale proporzioni, ma un attimo infinitesimale dopo il Big Bang è accaduto uno sbilanciamento verso la materia e il risultato è l’Universo in cui viviamo oggi. Non sappiamo perché la materia ha prevalso sull’antimateria e non sappiamo “dove” essa sia andata a finire (forse in un Universo parallelo?). Sta di fatto che se non fosse andata così, non saremmo qui. Infatti, come detto, quando materia e antimateria si incontrano, le rispettive particelle si annichilano, producendo luce di alta energia. Ma L’universo esiste e dunque non c’è stata un’annichilazione totale. La materia ha vinto sull’antimateria e  cerchiamo di capire cos’è anche per capire, forse, un giorno come mai è successo.

Sulla Teoria Quantistica dei Campi, Venanzoni ha esposto una nuova concezione; non più elettroni e fotoni ma una nuova “cosa” che li comprende. Questa nuova “cosa” è il campo elettromagnetico che diventa così l’oggetto primario, mentre elettroni e fotoni sono sue eccitazioni. È una visione totalmente nuova: “vediamo” le particelle, che sono fenomeni secondari o manifestazioni superficiali di un oggetto più profondo, che non vediamo, che è appunto il campo quantistico. Il campo è un tutto continuo (che riempie tutto lo spazio) e poi ha eccitazioni (elettroni, fotoni) che vediamo e misuriamo come oggetti discreti (cioè non continui). Con il Campo si risolve definitivamente la dicotomia tra materia/radiazione (o dicotomia continuo/discreto) che aveva pervaso tutta la fisica passata.

Come ultima cosa, Venanzoni ha raccontato il suo lavoro. Il nostro illustre concittadino, insieme ai suoi collaboratori, misura lo spin (che, come detto, è la rotazione su se stesso dell’elettrone) di un tipo di elettrone più pesante e più facile da misurare: il muone. Si è scoperto che le misurazioni di altissima precisione danno risultati diversi rispetto alla predizione delle equazioni. Intendiamoci: per ora è una diversità quasi insignificante, ma per alcuni scienziati si tratta di andare sempre più a fondo nella misurazione per vedere se la discrepanza tra teoria (equazione) e prassi (esperimento) possa portare infine a una differenza significativa. La conferma di questa “anomalia” metterebbe in crisi il modello che attualmente descrive l’universo: il Modello Standard. Se l’esperimento portasse alla scoperta di un’anomalia significativa, il nostro Venanzoni potrebbe tra qualche anno fare un claim e annunciare al mondo la nascita di una Nuova Fisica.