CERN: si riparte verso nuove clamorose scoperte (o no?)

Evento LHC a 13 TeV

[Nota: i primi importanti risultati del ciclo di esperimenti di cui parliamo qui sono discussi in un successivo post che vi invitiamo a leggere]

Tutti a bordo: al CERN si riparte. L’immagine che vedete qui sopra raffigura uno dei primi “eventi” registrati al CERN di Ginevra dopo il potenziamento cui è stato sottoposto il Large Hadron Collider (LHC), che è l’acceleratore di particelle che ha consentito la scoperta del bosone di Higgs, e che ora opera a un’energia complessiva di 13 TeV, quasi raddoppiata rispetto ai 7 TeV disponibili precedentemente.

I fisici di tutto il mondo attendono con emozione i risultati degli esperimenti a queste energie mai raggiunte prima, con l’aspettativa di scoprire qualcosa di radicalmente nuovo e tale da imprimere una nuova direzione alla Fisica fondamentale. E se invece…?

Ricapitoliamo innanzitutto un paio di punti: negli ultimi anni, grazie al CERN ma non solo, gli scienziati hanno colmato alcune lacune ben note, osservando finalmente il Bosone di Higgs e le Onde Gravitazionali, e completando così con successo la verifica sperimentale di quello che è chiamato il Modello Standard della Fisica. Oggi possiamo dire che tutte le previsioni di questo modello sono state confermate, e che grazie a esso siamo in grado di comprendere e spiegare praticamente tutto ciò che osserviamo nell’Universo.

Questo significa che in un certo senso qualsiasi cosa di nuovo sarà scoperto da ora in poi sarà qualcosa che non rientra nell’attuale modello della Fisica, e che aprirebbe quindi nuove prospettive più che confermare teorie già affermate. Quali scoperte ancora possiamo dunque attenderci dai prossimi anni di esperimenti al CERN? Proviamo a stilare un elenco, necessariamente incompleto (se sapessimo tutto quello che potremmo scoprire, che scoperte sarebbero?) di possibili scoperte:

  1. Una particella in grado di spiegare la materia oscura: uno dei residui misteri della Fisica è costituito dalla cosiddetta materia oscura, ossia materia che non siamo in
    121236_NewPieChart320

    Di cosa è costituito l’Universo – Fonte: NASA

    grado di osservare (per questo “oscura”) ma la cui esistenza è ormai avvalorata da numerosi indizi. Questa materia oscura potrebbe essere costituita da particelle non ancora scoperte e tali da interagire molto “debolmente” con la materia ordinaria, ed è possibile che l’LHC, grazie alla sua capacità di produrre numerosissime collisioni ad alta energia, possa permettere di osservarle.

  2. “Mini buchi neri” e dimensioni spaziali nascoste: una categoria di oggetti intrinsecamente difficili da osservare sono i buchi neri, che in astronomia possiamo osservare indirettamente per i loro effetti sulle stelle vicine. Concettualmente, è possibile che minuscoli buchi neri vengano creati in laboratorio, e questa possibilità sarebbe più concreta se, come prevede la Teoria delle Stringhe, esistessero dimensioni spaziali nascoste che non siamo normalmente in grado di percepire.

    micro black hole

    Creazione ed “evaporazione” di un mini-buco nero – Fonte: backreaction.blogspot.it

  3. Particelle supersimmetriche: una delle principali teorie che cercano di superare il Modello Standard è la Supersimmetria, che risolverebbe molti problemi teorici ed è collegata alla Teoria delle Stringhe. Se fosse vera, dovrebbero esistere molte particelle mai osservate; l’occasione offerta dall’LHC è forse l’ultima per i sostenitori di questa controversa ipotesi.

Queste sono solo alcune delle idee che saranno messe alla prova dal nuovo livello di energia raggiunto dall’LHC, e già nelle ultime osservazioni del “ciclo” precedente c’erano alcuni timidi indizi di qualcosa di “nuovo”. Eppure, devo confessare che personalmente mi aspetto che questa emozionante fase di ricerca non conduca a nessuna scoperta. Ognuna delle possibilità che ho elencato è appunto solo una possibilità, e anzi alcune si riferiscono a entità piuttosto ipotetiche, come le particelle supersimmetriche o le dimensioni “nascoste”, che a mio avviso probabilmente semplicemente non esistono. Potrebbe insomma accadere che questo nuovo ciclo di ricerche si concluda senza nessuna scoperta paragonabile a quella del Bosone di Higgs, e che alla fine il Modello Standard resti la migliore descrizione della natura a nostra disposizione.

Si tratterebbe di un fallimento e di una delusione? Una delusione probabilmente sì, visto che le possibili scoperte cui accennavo aprirebbero nuovi orizzonti di ricerca agli scienziati e nuove idee. Ma non sarebbe affatto un fallimento: la conoscenza s’accresce anche attraverso le “prove negative”, e in un certo senso queste ultime sono essenziali per togliere spazio a teorie errate. Negli ultimi decenni, teorie come la Supersimmetria e la Teoria delle Stringhe hanno assorbito gran parte del tempo e delle risorse della Fisica teorica, ma senza trovare alcuna conferma sperimentale; l’occasione offertaci di corroborare o eventualmente screditare queste teorie potrà forse dare nuovi e più fecondi orientamenti alla Fisica di domani.

6 commenti

  • Da quel poo che capisco sull’argomento il fermarsi all’ottimo Modello Standard (come capacità predittive) renderebbe più tristi i fisici anche per alcuni motivi pratici (per loro:-)
    Il problema della mancanza di “naturalness” nel modello standard, ossia il fatto che, per dare una rappresentazione coerente con le osservazioni alcuni parametri debbano essere accuratamente aggiustati (fine-tuning).
    Il problema gerarchico, legato al primo, per cui ci sono discrepanze di vari ordini di grandezza tra alcune forze che obbligano ad usare strumeni matematici appositi per il loro superamento.
    Il fatto che la matera oscura pare essere la migliore spiegazione di tutte le anomalie osservative sulla massa mancante mentre le teorie alternative (MOND) che modificano la costante di gravità in funzione dell’accellerazione spiegano le dinamiche galattiche ma non quelle di ordine superiore. Anche se poi, ho letto, le teorie supersimmetriche, che sono più di una, pongono altri problemi esse stesse. Saluti

    • Sì, il Modello Stqndard ha alcune caratteristiche “ineleganti” (come la presenza di un certo numero di parametri che devono essere introdotti fenomenologicamente e non calcolati, come le masse delle particelle), e un paio di “buchi”. Uno è certamente la materia oscura, che implica l’esistenza di qualche particella non osservata (assioni, neutrini “sterili”, WIMP…).
      Un altro è la gravità quantistica, che troverebbe una sua “soluzione” elegante nelle teorie supersimmetriche delle stringhe, al costo di dover accettare un cospicuo “pacchetto” di novità concettuali (particelle supersimmetriche mai osservate, dimensioni spaziali “nascoste”, universi multipli…).
      Quello che ci si può attendere da questo ciclo di esperimenti all’LHC è o una qualche conferma di questo rivoluzionario panorama, o un ulteriore (e io spererei definitivo) buco nell’acqua che potrebbe finalmente convincere i fisici teorici a lasciar perdere queste teorie affascinanti ma prive di riscontri.

  • Ruggero Turra

    Mi è sempre piaciuto questo blog, ma questo articolo è veramente terribile.

    1. “si riparte”: in realtà LHC è già ripartito da diverse settimane
    2. “13 TeV, quasi raddoppiata rispetto ai 7 TeV disponibili precedentemente.” Già nel 2015 LHC ha girato per diversi mesi a 13 TeV e numerose pubblicazioni sono state pubblicate, basta cercare “ATLAS public results” o “CMS public results”
    3. 7 TeV era l’energia del 2011, nel 2012 si è girato a 8 TeV
    4. “grazie al CERN” … “onde gravitazionali”. Ma quando mai! Vorrei sapere come si fanno a studiare onde gravitazionali ad un collisore. L’osservazione delle onde gravitazionali è di LIGO, tutt’altro esperimento.
    5. “siamo in grado di comprendere e spiegare praticamente tutto ciò che osserviamo nell’Universo.” e allora che stiamo a fare? Ma a parte la stupidaggine scientifica, l’articolo è contraddittorio. Se spieghiamo tutto allora perché non sappiamo spiegare la materia oscura (poche righe sotto) che dovrebbe costituire gran parte dell’universo?
    6. “come prevede la Teoria delle Stringhe, esistessero dimensioni spaziali nascoste che non siamo normalmente in grado di percepire.” sì, e anche a seconda di molti altri modelli che non centrano niente, perché proprio la teoria delle stringhe?
    7. “Supersimmetria, … ed è collegata alla Teoria delle Stringhe” proprio no
    8 “personalmente mi aspetto che questa emozionante fase di ricerca non conduca a nessuna scoperta”: grazie dell’augurio, mi ricorderò di dirlo a chi ci finanzia
    9 (*la peggiore* che mi ha convinto a scrivere, perché va bene scrivere cose imprecise ma questa è di concetto): “entità piuttosto ipotetiche, … che a mio avviso probabilmente semplicemente non esistono”. A mio avviso??!! Avete forse re-interpretato qualche analisi di ATLAS o CMS per arrivare a questa conclusione? Avete raccolto nuovi dati con un esperimento segreto? Su che base fate queste affermazioni? Intuito? Simpatia? *A mio avviso*, la scienza è una cosa seria, non è un’opinione.

    Vi prego, cancellate questo articolo.

    • Gentile Ruggero,
      spendo qualche riga su dei punti secondari per poi arrivare a quello che trovo più interessante.

      – “si riparte”: la notizia stampa che sul sito del CERN annuncia la “nuova stagione” degli esperimenti è del 9 maggio. Mi sembra che siamo stati abbastanza tempestivi, per essere un blog non specializzato.
      – è vero che l’LHC ha già lavorato all’energia di 13 TeV nel 2015, in quella che lo stesso annuncio stampa definisce una fase “in cui gli operatori hanno preso padronanza nel portare l’acceleratore a queste nuove, più alte energie aumentando gradualmente l’intensità dei fasci” di particelle. I recenti lavori di potenziamento fanno sì che l’intensità sia ora a regime: “Nel 2015 abbiamo aperto le porte a un paesaggio completamente nuovo a energie senza precedenti. Ora possiamo cominciare a esplorare questo paesaggio nei suoi dettagli”. Ho indebitamente sintetizzato la situazione, ma non direi di aver tradito la realtà.
      – “siamo in grado di spiegare praticamente tutto quello che osserviamo” non include la materia oscura che come scrivo più avanti *non* siamo in grado di osservare, e di cui abbiamo evidenze indirette: l’osservazione diretta della materia oscura ispira anzi molta ricerca su WIMP, assioni, neutrini “sterili”, ecc.. Però questa è una questione linguistica, come l’annotazione che le recenti osservazioni, tra cui quelle delle Onde Gravitazionali, hanno consentito praticamente di completare il panorama del Modello Standard “non solo” grazie al CERN (delle Onde Gravitazionali e dell’esperimento LIGO abbiamo parlato in un altro post).

      Arriviamo quindi al punto principale del “contendere”, che credo possa essere interessante per chi legge, e cioè alle prospettive della “nuova Fisica”. In pratica nel post esprimo un paio di opinioni (presentate come tali) che lei legittimamente trova temerarie:

      1) Lo scetticismo verso la Supersimmetria e la Teoria delle Stringhe (anzi, più precisamente, la teoria delle Superstringhe, ossia delle Stringhe “supersimmetriche”). Questo scetticismo certamente non è argomentato qui, ma mi concederà che non è né isolato né arbitrario. Senza ripercorrere qui annose controversie che lei conosce certamente meglio di me, la Supersimmetria continua a essere un’Araba Fenice di cui non si trovano tracce, e la Teoria delle Stringhe ha finito per sfociare in una teoria del multiverso che diversi Fisici trovano addirittura esterna al metodo scientifico.
      2) L’aspettativa che il prossimo run dell’LHC possa non produrre scoperte confrontabili con quella del bosone di Higgs. Vale la pena, per chi legge, di sottolineare che “se” si osservasse, ad esempio, una particella supersimmetrica, si tratterebbe a mio avviso di una scoperta molto più importante di quella dello Higgs, proprio per le prospettive che schiuderebbe. Questa aspettativa è certamente arbitraria, ma mi permetterei di dire che è non più arbitraria (forse meno) di quella dei non pochi che dichiarano di essere in fiduciosa attesa appunto delle scoperte epocali di cui sopra. Diciamo che potrei fare come Tommaso Dorigo e puntare qualche euro sul fatto che non si troverà “new physics”; in effetti lui almeno rischia…

      Quello che queste contestabilissime opinioni hanno in comune è considerare con scetticismo una teoria fisica di cui non ci sono evidenze sperimentali, e ritenere che debba esistere un limite di risultati sperimentali negativi oltre il quale si prenda atto che un’idea brillante come la Supersimmetria può dover essere provvisoriamente considerata sbagliata. Questa è una questione che lei correttamente sottolinea essere “di concetto”: a differenza di quello che lei sembra implicare, l’onere della prova spetta a chi propone una teoria. L’opinione che oggi non è suffragata da nessun dato sperimentale è proprio quella opposta alla mia, o sbaglio?

      Infine, trovo fondamentale il suo riferimento a “chi ci finanzia”, perché è proprio questo il motivo per cui ho scritto questo post. Implicitamente, lei dice che i finanziamenti vengono erogati perché possono condurre a delle “clamorose scoperte”, come dico nel titolo; e immagino che sarebbe difficilissimo far finanziare un “nuovo LHC” (finga che si tratti di una cifra analoga) se la mia previsione si rivelasse vera.
      Ecco, questo è il pericolo che mi preoccupa, molto più della possibile inesistenza dei partner supersimmetrici delle particelle del Modello Standard: la “spettacolarizzazione” delle scoperte scientifiche, per quanto inevitabile, può far pensare che una ricerca in cui non si scopre qualcosa di radicalmente nuovo sia inutile. “Chi vi finanzia”, in ultima analisi, sono i contribuenti, e io vorrei che noi contribuenti capissimo che la ricerca è preziosa anche quando non fa “scoperte” e si “limita” a trovare evidenze negative per questa o quella ipotesi teorica. Questo è il senso del post, che spero sia compreso da chi non è addetto ai lavori. Se avrò torto e ci sarà qualche scoperta importante, non avremo difficoltà a sostenere l’opportunità di investire nella ricerca di base; quello che mi preoccupa è l’ipotesi contraria.

      Per questo, lei mi perdonerà se non cancellerò questo post; piuttosto, come penitenza, mi impegno a scriverne uno un po’ migliore sull’LHC appena ci sarà qualche risultato positivo o negativo, o anche a ospitare qui su HR un post favorevole alle teorie che ho ingiustamente maltrattato. Accettiamo candidature, come sa…

  • finanziare la ricerca è come finanziare la protezione civile , non si premia il risultato ma ” l’intenzione.”

  • Non posso competere con voi, in quanto ho fatto solo la 5 elementare ( sono vecchio ) seguo la scienza per passione.
    per quel poco che capisco: la scienza nel mondo della ricerca, è come l’uomo immerso nell’oceano, ed ha a disposizione
    strumenti per percepire il pesce e non l’acqua, che è in quantità molto più grande dei pesci.

Lascia un commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...