Gli apprendisti stregoni della materia

Nessuno confonderebbe un chilo d'oro con un chilo di spaghetti. Eppure leggendo quanto scritto da un filosofo della Scienza (Giulio Giorello) sul Corriere della Sera in un articolo dal titolo «Scimmie intelligenti alla scoperta dell'Universo» nel giorno in cui al Cern noi fisici, non le scimmie, facevamo partire la più grande macchina subnucleare del mondo, le cui origini sono in un mio lavoro del 1978, il lettore è portato a credere che la materia oro e la materia spaghetti non si possano distinguere. Infatti Giorello confonde massa e materia scrivendo «Il tassello mancante è la massa (detto in breve, la materia), in quanto le teorie correnti non spiegano perché certe particelle sono molto più massive di altre». Le teorie esistenti hanno nel modello di Higgs il meccanismo per introdurre la massa. Se questo meccanismo venisse dimostrato vero, bisognerebbe poi capire qual è l'altro meccanismo che produce masse diverse. Il cuore del problema è non confondere la massa con la materia.
Un chilo d'oro e un chilo di spaghetti hanno la stessa massa. Eppure sono diversi. Esattamente in quanto massa e materia sono quantità fondamentali totalmente diverse. A distinguere l'oro dagli spaghetti non è la massa ma la diversa distribuzione delle cariche elettriche e subnucleari che ha luogo nella struttura della materia detta oro e dell'altra materia detta spaghetti. Insomma la materia è fatta di massa e di cariche. Massa una sola, cariche tante e diversamente distribuite per fare oro e spaghetti, pietre e patate, ferro e gomma, brillanti e carbone, acqua e vini, liquori e aceti, tabacco e legna, zucchero e veleni, fragole e limoni, rose e garofani, insomma tutto.
Se pesiamo un chilo di oro e uno di spaghetti il loro peso risulterà identico in quanto la carica gravitazionale agisce sulla massa, non sulle cariche elettriche e subnucleari. La carica gravitazionale non distingue oro da spaghetti pur avendo un ruolo indispensabile per la nostra esistenza in quanto tiene noi legati al Sole (altrimenti ci perderemmo nel gelo dell'Universo) e il Sole alla Galassia. Bisogna però distinguere nettamente tra massa e materia. Vediamo perché.
Noi fisici sappiamo perché il sapore di fragola è diverso da quello del limone e perché il profumo delle rose è diverso da quello dei garofani. Il gusto, l'olfatto, l'udito, la vista, il tatto, sono tutte conseguenze di quella quantità fisica cui si dà il nome di carica elettrica oggi detta di colore elettromagnetico (nulla a che fare con il colore a noi familiare). Di cariche di colore però ne esistono altre, che non erano note fino agli anni trenta del secolo scorso, quando sembrava che l'unico tipo di carica fosse quella elettromagnetica.
Quella detta di colore debole fu Enrico Fermi a scoprirla. È grazie a questa carica che il Sole non si spegne né salta in aria, ma brucia regolarmente per miliardi e miliardi di anni. Se non ci fosse la carica di Fermi non potrebbe esistere lo spettacolo meraviglioso del cielo stellato. Ma non è finita qui con la parola carica. Ne esistono infatti altre e sono quelle di colore subnucleare, che agiscono nell'immenso Universo incapsulato nel cuore dei protoni. Dalle cariche di colore subnucleare nascono le forze dette forti che permettono ai protoni della grande macchina del Cern, LHC, di esistere. Se non esistessero i protoni addio LHC.
Ma addio anche al 50% del nostro corpo che per metà è fatto di protoni. E per l'altra metà di neutroni. Il neutrone è fratello nuclearmente gemello del protone, essendo ad esso quasi identico salvo per il fatto che non possiede carica elettrica. L'esistenza del neutrone venne ipotizzata da Ettore Majorana e scoperto nel 1932 da Chadwich. Protone e neutrone sono però fatti di quark incollati con gli otto tipi di colla subnucleare, cui si dà il nome di gluoni, ciascuno dei quali possiede una delle otto cariche dette di colore subnucleare. Entriamo così in un mondo totalmente diverso dal nostro.
L'incredibile è che per fare i due mattoni (protone e neutrone) basterebbero solo due cariche di sapore subnucleare. E invece, nel corso di questo ultimo mezzo secolo, ne abbiamo scoperte ben altre quattro. Attenzione a non confondere cariche di sapore con cariche di colore subnucleare. Il colore serve per generare le Forze Fondamentali della Natura (gravitazionali, elettromagnetiche, deboli e forti); il sapore per distinguere i cosiddetti fermioni fondamentali di cui sei sono detti quark, ciascuno con una carica di sapore diversa; e gli altri sei sono detti leptoni, ciascuno con la sua specifica carica di sapore leptonico. Una di esse è indispensabile affinché possa esistere l'elettrone. Senza elettroni il nostro corpo, le rose, i fiori non potrebbero esistere. Né le forme né i colori. Né i nostri cinque sensi, come detto prima. Né la TV, né la radio, né i telefonini, né internet. L'elettrone infatti è l'agente che trasporta con estrema efficacia i segnali elettromagnetici. Tutto ciò che esiste è fatto con protoni, neutroni ed elettroni. Questa breve sintesi ha lo scopo di chiarire la grande confusione che si è fatta tra massa e materia in occasione dell'entrata in funzione di LHC. Come abbiamo già detto, per fare materia c'è bisogno di massa e di cariche. È quindi errato confondere le due quantità fisiche, massa e materia. Soprattutto in quanto delle cariche di colore ci illudiamo di averne capito le origini. Della massa invece non siamo riusciti a trovare il filo conduttore, né delle cariche di sapore. Ecco perché al bosone di Higgs è stato dato il nome di particella di Dio, nella speranza che il mio amico Peter Higgs abbia trovato la strada giusta per spiegare l'origine della massa.
Antonino Zichichi