Sociologia55
Da Ortosociale.
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Quark e Gluoni
Quanto segue è l'analisi di un articolo della rivista Le Scienze, n.563, Luglio 2015. Chi scrive non è un fisico professionista, ma un informatico con conoscenza di base di fisica che ha approfondito la sociologia, in questo caso la sociologia della conoscenza che rientra nell'ambito più vasto della sociologia della cultura, con una Tesi di Laurea (triennale) su "Software e Hardware Open Source". Se impostate secondo una prospettiva sociologica molte questioni, come "il rapporto tra scienza e filosofia", perdono la loro drammaticità mediatica e diventano ambiti di razionali proposizioni aperte alla condivisione ed al contributo di pubblici sempre più vasti, sempre più colti scientificamente, politicamente sensibili alle sorti comuni. L'articolo si trova a pag.46, "Fisica delle particelle - La colla che ci tiene insieme - Da decenni i fisici sanno che le particelle chiamate gluoni mantengono integri protoni e neutroni, e quindi tengono insieme l'universo. Tuttavia i dettagli di come agiscono i gluoni sono ancora sorprendentemente misteriosi". Di Rolf Ent, Thomas Ulrich e Raju Venugopalan. Tutti e tre sono fisici sperimentali che lavorano in importanti laboratori negli USA.
Il grido di dolore dei fisici sperimentali
I tre autori dell'articolo, come fisici sperimentali, passano i dati delle loro osservazioni ai fisici teorici, che hanno in dotazione le strumentazioni matematiche (formule di complessità crescente) le cui soluzioni devono concordare con i dati sperimentali. Si tratta di una semplice divisione del lavoro tra chi lavora sulle macchine e sui protoni e neutroni, e chi lavora sui modelli matematici. In una fabbrica fordista sarebbe una situazione piuttosto comune. I problemi nascono quando le macchine si inceppano e producono dati discordanti con la teoria. Poichè questa organizzazione del lavoro scientifico (e non scientifico) è strutturata come quella delle fabbriche o degli uffici, cioè in modo gerarchico top/down, è impensabile che chi lavora ai piani bassi possa richiedere una radicale revisione dei modelli accettati e cristallizzati ai piani alti della teoria. Ecco perchè i tre fisici sperimentali dicono con ossequioso rispetto che i " dettagli di come agiscono i gluoni sono ancora sorprendentemente misteriosi", anzichè di "dati discordanti con la teoria". Ma per essere ascoltati avvertono che "i gluoni ci tengono insieme", cioè tengono insieme i nostri corpi di esseri umani. Non solo, ma "tengono insieme l'universo", cioè l'ambiente dal quale ricaviamo cibo, aria, acqua e un solido terreno sul quale poggiare i nostri piedi di bipedi. Questo ogni tanto è bene ricordarselo, quando prevale la tendenza mistica a trovare in una formula simbolica la spiegazione del tutto. Dipendere da una formula o una serie di formule che non spiegano perchè i nostri neutroni rimangano integri, crea un certo disagio.La teoria di riferimento è la Cromo Dinamica Quantistica o QCD, una estensione della Elettro Dinamica Quantistica o QED. Mentre la QCD spiega, o tenta di spiegare, la forza nucleare forte che tiene insieme protoni e neutroni e le particelle al loro interno (quark e gluoni), la QED spiega con un fantastico successo sperimentale la radiazione elettromagnetica, l' interazione di fotoni di luce ed elettroni. Visto il successo della QED i fisici hanno pensato di estenderla a protoni e neutroni, a loro volta scomposti in quark e gluoni (e altre particelle esotiche). Nella QCD, anzichè una "carica" elettrica come nella QED, abbiamo una "carica" di "colore".Traslare un modello da un campo sperimentale ad un altro può essere un tentativo sensato, se funziona.
C'è qualcosa che non quadra
Premesso che "i fisici hanno fatto importanti passi avanti nel capire il funzionamento di quark e gluoni", "ci sono molti problemi aperti", alcuni dei quali drammatici, a nostro avviso. Cito dall'articolo:
- "se sommiamo le masse dei quark e dei gluoni contenuti nei protoni non otteniamo neanche lontanamente la massa totale dei protoni". Infatti secondo i nostri tre autori "il 98% della massa dei protoni deriva in buona misura dall'azione dei gluoni". I quali gluoni hanno una massa "zero" ( "0" che è il numero zero). Vedi la figura a pag.49. Gentile la figura retorica dei nostri tre autori "neanche lontanamente". Tra zero ed un numero anche infinitamente piccolo la differenza non è conciliabile.
- "siamo ancora in dubbio su come i gluoni legano i quark". Sono in dubbio su quella che è la funzione principale dei gluoni, il motivo per cui sono stati inventati. Parole loro, non mie. Ma perchè non hanno il coraggio di chiedere una revisione della teoria, della QCD? Perchè si limitano a chiedere nuovi esperimenti con macchine più potenti per confermare la teoria?
- "non comprendiamo neppure come la rotazione di un protone, ovvero una grandezza misurabile detta spin, derivi dagli spin dei quark e dei gluoni che contiene". Si tratta di capire il rapporto tra le parti, quark e gluoni, e l'insieme che li contiene. Vi sembra una questione secondaria?
- ma ascoltate come i nostri tre autori dipingono "un quadro più autentico e tumultuoso dell'interno delle particelle subatomiche". Cito: "I misteri di quark e gluoni. Ogni protone e ogni neutrone di un atomo contengono tre quark primari tenuti insieme da gluoni. Oltre a questi tre quark, appaiono e scompaiono in continuazione altre coppie di quark e delle loro controparti di antimateria, insieme a gluoni fantasma che emergono e svaniscono, creando una <<schiuma quantistica>> che modifica senza soluzione di continuità il paesaggio in protoni e neutroni".
La soluzione proposta
Studiare il comportamento di quark e gluoni in stati esotici della materia, come il plasma di quark e gluoni. Non si tratta più di studiare protoni e neutroni che costituiscono la materia normale, ma creare stati eccezionali ad altissime energie. Cito: "Il Jefferson Lab e il Brookhaven National Laboratory sono alla ricerca di fondi e autorizzazioni per il femtoscopio che farebbe collidere elettroni con protoni polarizzati e nuclei di piombo". Il femtoscopio è un microscopio capace di scrutare misure fino ad un millesimo del raggio di un protone. La QCD (Cromo Dinamica Quantistica), che con la QED è una branca della fisica quantistica, ha già quarant'anni di storia. "In questo modo le tecnologie attualmente in corso di sviluppo fanno sperare che entro altri quarant'anni avremo finalmente svelato il mistero di come è fatta la materia al livello più fondamentale".
Considerazioni di sociologia della scienza
Le Università accentrano la ricerca di base e parte di quella applicata. Negli Stati Uniti ci sono le strutture universitarie più sofisticate e produttive in termini di scoperte, ricerche, brevetti, studenti americani ed immigrati. Le Università americane dipendono in larga misura da Fondazioni cui partecipano multinazionali (americane ma non solo, corpo dei docenti, associazioni di ex studenti, lo stato attraverso i vari dipartimenti, tra cui in primis il dipartimento dell difesa e della sicurezza). Ma a livello più micro si tratta di comunità sia territoriali che virtuali basate sulla fiducia reciproca: "io so che Tizio sa fare la tale cosa". Probabilmente il Jefferson Lab e il Brookhaven National Laboratory costituisco una di queste comunità, impegnata a sbloccare la ricerca sulla costituzione della materia, che come abbiamo visto è tuttora un "segreto". L'unica chance che hanno questi ricercatori, quelli mandati in avanscoperta con l'articolo perchè hanno tutti i titoli accademici richiesti (numero e qualità pubblicazioni peer review), è chiedere finanziamenti. Senza promettere risultati immediati, anzi dichiarando che ci vorranno altri quarant'anni per capire qualcosa. Per "forzare" questi finanziamenti sono però costretti a far conoscere al grande pubblico il reale stato di conoscenza sperimentale su quellli che si considerano fino ad ora i fondamenti ultimi della materia. Le Scienze è una rivista divulgativa ad alta diffusione, letta da intellettuali, insegnanti, forse politici. A noi interessano due dati: lo stato di conoscenze della fisica di base, l'atteggiamento "remissivo" dei fisici sperimentali che non "osano" mettere in discussione la QCD. Qui si aprirebbero due filoni di ricerca:
- Stato della fisica. Cosa dicono gli esperti dietro le quinte? Qual'è lo stato di salute del Modello Standard? Molti comunicati stampa del CERN parlano di "Nuova Fisica" a portata di mano con i nuovi esperimenti al CERN. Ma non mettono in discussione il Modello Standard, anche perchè altrimenti metterebbero in discussione gli enormi finanziamenti ricevuti sinora. Di fatto la situazione complessiva della Fisica è: protoni senza massa, per via della mancanza di massa dei gluoni, stato caotico del nucleo atomico come descritto nell'articolo, modello matematico (formula) sulla cui soluzione un istituto lancia un concorso da un milione di dollari. Ma quella di cui stiamo parlando costituisce solo il 5% della materia dell'universo. Un altro 20%, la cosiddetta materia oscura necessaria a spiegare l'equilibrio gravitazionale delle galassie, è totalmente non spiegato. A questi si aggiunge il restante 75% della materia dell'universo costituito dalla cosiddetta "energia oscura", responsabile della misteriosa accelerazione dell'espansione dell'universo circa 7 miliardi di anni fa. Naturalmente di questa energia non si sa nulla.
- Per quale motivo i fisici teorici e sperimentali sono così ritrosi ad ammettere questo contradditorio stato delle conoscenze? Sicuramente per gli equilibri di lavoro, carriera, finanziamenti, status e prestigio culturale personali. Che tra gli intellettuali e gli artisti sono particolarmente sentiti. Ma non solo. I ricercatori, facendo parte di comunità di lavoro culturale scientifico consolidate, condividono valori, teorie, aspettative. Hanno "socializzato" tra di loro e assimilato i saperi da maestri, amici, colleghi, con cui condividono i destini del loro filone di studi (in questo caso la QCD che ha quarant'anni, e non sono pochi).
Per vedere i problemi in modo innovativo, come Isaac Newton e la mela, oggi forse non basta più un outsider, un genio isolato. Forse serve che i cittadini si riapproprino della scienza, dei suoi destini, dell'uso dei finanziamneti che i contribuenti sborsano. Una invasione di campo? Ricordiamo che la UE prevede una popolazione con il 40% di laureati. Dunque i cittadini hanno sempre più le competenze per riprendersi in mano la scienza. I cui prodotti dagli OGM alle centrali nucleari mangiano o subiscono.
