Premio Letterario Galileo 2016 per la divulgazione scientifica

Il fantasma dell’Universo

Il libro è dedicato alle particelle più sfuggenti e bizzarre dell’universo. La storia affascinante di queste particelle misteriose e le prospettive avvincenti degli studi in questo campo sono raccontati da Lucia Votano alla luce della sua grande esperienza di ricercatrice, che l’ha portata a dirigere i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn). Sono gli stessi laboratori che ospitano alcuni fra i più importanti esperimenti sui neutrini a livello internazionale e dove è stata dimostrata la capacità di queste particelle di “cambiare abito”, trasformandosi in un membro o nell’altro della loro famiglia…

Lucia Votano è stata direttore del Laboratorio sotterraneo del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

Recensione

Quando, nel 1930, Pauli introdusse nel nucleo atomico quello che chiamava “neutrone”, particella neutra di massa almeno 100 volte più piccola dell’elettrone, non aveva idea di quanto importante sarebbe diventata negli anni a seguire. Già tre anni dopo, Enrico Fermi ribattezzava la particella di Pauli con il nome di “neutrino”: il neutrone che oggi conosciamo, di massa circa 2000 volte quella dell’elettrone, era stato infatti scoperto da James Chadwick nel 1932, e questo giustificava il diminutivo usato da Fermi, e da allora entrato nel vocabolario di tutti gli scienziati del mondo. Sul neutrino Fermi basava la prima teoria dei processi radioattivi nucleari (legati alla cosiddetta forza nucleare debole), spiegando come nel nucleo atomico si trovassero solo protoni e neutroni, che in determinati casi davano luogo alla creazione di particelle: elettroni e, appunto, neutrini.

Proprio della storia dei neutrini, delle teorie moderne a loro legate, degli eccezionali laboratori in cui si svolge la ricerca su queste particelle, così difficili da rivelare ma così numerose in ogni angolo dell’Universo, parla il libro di Lucia Votano. La Votano ha tutte le doti per guidare il lettore in questo viaggio: da sempre, infatti, si è occupata di ricerca sui neutrini e ha diretto il Laboratori sotterranei del Gran Sasso, che sono uno dei luoghi di eccellenza della ricerca italiana e internazionale nel settore.

Leggendo il libro si potrà così cogliere i contorni di uno degli enigmi più affascinanti della scienza moderna, alla comprensione del quale molto hanno contribuito i fisici italiani. Oltre a Fermi, vale la pena citare almeno Bruno Pontecorvo che per primo intuì che di neutrini ce ne era più di un tipo (oggi ne conosciamo con certezza tre tipi diversi), e che probabilmente avevano la proprietà di mutarsi, viaggiando su grandi distanze, da un tipo a un altro. Quest’ultima proprietà, la cosiddetta “oscillazione dei neutrini”, oggi confermata da vari esperimenti, ha risolto problemi aperti, come la spiegazione di come brillano le stelle. Allo stesso tempo ha posto nuove questioni, evidenziando che il modello standard delle particelle (quello che oggi ci permette di interpretare il mondo delle particelle subatomiche e delle loro interazioni) dovrà per forza trovare una nuova formulazione. Temi non facili da esporre al pubblico che Lucia Votano illustra efficacemente, accompagnando la sua trattazione con un’appassionata rassegna dei procedimenti sperimentali che via via hanno condotto a capire sempre di più su questo “fantasma dell’Universo”.

Solo ricerche mosse dalla curiosità? Certo questa è la spinta fondamentale che muove la ricerca scientifica. Ma la storia della scienza insegna che ogni volta che si è riusciti ad approfondire la conoscenza di fenomeni naturali, immancabilmente si sono scoperte utili applicazioni. Non c’è quindi da stupirsi che anche il fantasma dell’Universo apra possibilità tutt’altro che evanescenti. Rimanendo sulla ricerca fondamentale, proprio le proprietà dei neutrini di essere scarsamente influenzati da ciò che incontrano nel loro viaggio (sia materia sia campi elettromagnetici) li fa dei messaggeri privilegiati su quanto è successo nei primissimi istanti di vita del nostro Universo: i neutrini nati nelle primissime frazioni di secondo dopo il Big Bang (neutrini relici) portano informazioni su una parte della storia dell’Universo difficile da scandagliare. Non solo, come le onde gravitazionali finalmente rivelate, anche i neutrini aprono una nuova finestra di osservazione astronomica diversa dall’osservazione fino a oggi condotta nello spettro delle varie frequenze del campo elettromagnetico (luce visibile, certo, ma anche infra rosso, onde radio o, all’altro estremo, raggi X e gamma). I neutrini infatti costituiscono un nuovo campo dell’osservazione astronomica, che permette tra l’altro di far luce su quel fenomeno, noto fino dal 1912, della radiazione cosmica costituita da particelle che arrivano numerosissime sulla Terra anche con energie enormemente maggiori di quelle prodotte nei grandi acceleratori di particelle, come il Large Hadron Collider (LHC) di Ginevra. Ma accanto all’indagine del cielo, i neutrini sono anche utili, come ci racconta la Votano, nell’indagine della Terra, della sua struttura interna e dei processi che in essa avvengono. I geoneutrini sono oggi una delle frontiere della ricerca su come è fatto il nostro pianeta, di cui in realtà sappiamo assai poco. E infine, venendo ad applicazioni ancora più vicine a noi, rivelatori di neutrini sono utili strumenti di controllo delle centrali nucleari a scopi civili e di non proliferazione nucleare, e opportuni generatori di neutrini potranno forse in futuro essere impiegati nella trasmissione di messaggi.

In conclusione, il libro della Votano, che contiene anche una bibliografia ragionata e un glossario accurato, costituisce uno strumento quanto mai utile per conoscere una delle frontiere più promettenti della ricerca scientifica del prossimo futuro.

Giulio Peruzzi
Professore associato di Storia della Fisica
Dipartimento di Fisica all’Università di Padova