I] L'energia, la forza e ... il bosone di Higgs

1. La repulsione (energia) primigenia genera il suo opposto polare: l'attrazione (massa)*

Abbiamo visto che la teoria quantistica concepisce la "forza" senza alcuna considerazione del rapporto che essa ha con l'energia. Anzi, per evitare ogni problema di rapporto energia-forza, i fisici teorici sostengono che più che una forza si tratta di "interazione". Ma poi, per specificare questa generica interazione, essi la fanno "mediare" da una cosa: ovvero dalla particella portatrice della forza stessa. Un vero e proprio marchingegno!

Però, osservando il comportamento delle quattro forze fondamentali, la teoria quantistica non ha potuto fare a meno di osservare che raggio d'azione e intensità variano l'una dall'altra. Il raggio d'azione della forza elettromagnetica e della forza gravitazionale è talmente grande che la teoria standard si è risolta a definirlo infinito; inoltre entrambe le forze diminuiscono con l'aumentare della distanza. La forza forte e la forza debole hanno, invece, un raggio d'azione infinitesimo; ma tra queste due forze c'è una rilevante differenza: la forza debole ha un raggio minore di quella forte, e quest'ultima diminuisce con la diminuzione della distanza, mentre aumenta con l'aumento della distanza.

Così stanno le cose per la teoria standard, che, come vedremo in seguito, non ha saputo spiegare queste differenze, accontentandosi di soluzioni fittizie, purché "valide" matematicamente, anche se fisicamente "strane". Da ciò quello che è ormai diventato un vanto e un segno distintivo della fisica quantistica: il comportamento strano delle (sue) particelle.

Prendiamo, ora, in considerazione il rapporto repulsione-attrazione o energia-forza, e applichiamolo al caso della "forza forte" e della "forza debole". Quando si osserva che la "forza forte" diminuisce con la diminuzione delle distanze, se teniamo presente che distanze sempre più piccole corrispondono a livelli di energia sempre più grandi, dobbiamo dedurre che la "forza forte" diminuisce con l'aumentare dell'energia. Ora, che una "forza" diminuisca con l'aumentare della energia è più che ovvio: significa, infatti, che l'attrazione diminuisce quando aumenta la repulsione, e viceversa. Attrazione e repulsione stanno in rapporto inverso l'una all'altra: quanto più l'una, tanto meno l'altra.

Da quanto sopra consegue che la "forza", a distanze sempre più piccole, si indebolisce sempre di più. E in questo modo è spiegata la "forza debole". Ma è anche spiegato l'indebolimento della "forza forte" con la diminuzione della distanza. Con l'aumento dell'energia, la "forza forte", responsabile del "confinamento" dei protoni e dei neutroni nel nucleo, e quindi dell'esistenza stessa del nucleo, diminuisce: perciò l'attrazione cede alla repulsione. Non c'è dunque da stupirsi se, ad una certa soglia di energia, i protoni e i neutroni non rimangono più confinati nel nucleo, e a energie molto elevate, ossia a distanze molto piccole, la "forza" è talmente debole da poter agire come attrazione soltanto per un istante infinitesimale. Dunque "forza forte" e "forza debole" sono la stessa "cosa", ossia attrazione, in rapporto a diverse gradazioni di energia, ossia di repulsione.**

Insomma, di fronte a energie sempre più elevate, la "forza di legame" non è più sufficiente a trattenere l'energia in forma di "particelle massive", se non per istanti sempre più brevi. E la prova di questa nostra tesi è illustrata da ogni esperimento negli acceleratori, dove al crescere delle energie, si ottengono particelle sempre più massive e di durata sempre più breve. Se, al crescere dell'energia, ossia al diminuire della distanza, la "forza di legame", ossia l'attrazione, diminuisce in maniera proporzionale, ciò significa semplicemente che prevale sempre di più la repulsione.

Qui occorre fare una precisazione: quando si dice che, al crescere dei livelli di energia, negli acceleratori si formano particelle sempre più massive e sempre più istantanee, in sostanza si dice che l'energia è trattenuta entro la massa per brevi attimi, tanto più brevi, quanto più l'energia è elevata. Confinare in uno spazio sempre più ristretto un contenuto di energia sempre più grande, non è possibile in natura e negli acceleratori se non per istanti infinitesimali. Allora, queste cosiddette "particelle massive" altro non sono che pacchetti di grande energia e di breve durata, dunque andrebbero chiamate "particelle ultraenergetiche", per sottolineare la prevalenza della energia sulla forza, della repulsione sulla attrazione. ***

Di fronte ad una realtà, che negli acceleratori si manifesta in maniera così inequivocabile, i fisici quantistici di che cosa si sono preoccupati? Uno di loro, Veltman, nel suo saggio su "Il bosone di Higgs", contenuto nel volume già citato ("Campi, forze e particelle"), scrive: "In realtà, la moderna fisica teorica è così occupata a riempire il vuoto con un tale numero di espedienti, quale per esempio il bosone di Higgs, che ci si chiede come sia possibile vedere ancora stelle in una notte limpida!"

L'osservazione ci trova del tutto d'accordo: anche per noi le particelle, soprattutto quelle che mediano le interazioni, sono espedienti. Ma qual è il motivo di una scelta del genere, che non soddisfa appieno neppure loro? Veltman ci fornisce la risposta in poche righe: "Anche se il solo motivo legittimo di introdurre il bosone di Higgs è quello di rendere matematicamente coerente il modello standard, viene rivolta grande attenzione all'ipotesi più facile che la particella generi la massa di tutte le particelle fondamentali".

In questa proposizione, c'è la risposta al nostro quesito: la coerenza del modello fisico-matematico costringe i fisici a trovare espedienti, inventando paradossi assurdi, stranezze che non stanno né in cielo né in terra. Ma c'è anche espressa una contraddizione: nonostante che la fisica quantistica sia convenzionale e rimediata, e non tenga più in alcun conto le differenze qualitative della materia, tanto da considerare la materia quasi un pretesto della teoria standard, succede anche che i fisici quantistici pretendano di imporre il proprio modello standard alla materia: la materia deve essere come loro l'hanno rimediata, la materia deve essere proprio i loro espedienti.

Veltmann, pur esprimendo scetticismo nei confronti della teoria standard e del bosone di Higgs, ci tiene però a sottolineare "che ciò non vuol dire che sia errato l'intero modello standard, ma piuttosto che il modello standard è probabilmente solo un'approssimazione -anche se buona- della realtà".

Di un'approssimazione -anche se buona- della realtà qualunque teoria potrebbe ritenersi soddisfatta. Sono gli espedienti che non soddisfano! E non si capisce come possa Veltmann considerare degli espedienti una buona approssimazione della realtà! Nonostante ciò, nella considerazione che la particella di Higgs generi le masse c'è un primo timido passo nella direzione da noi considerata scientificamente valida: infatti, in questo modo si presuppone che originariamente le masse non esistono. Ci vuol poco a dedurne che la materia originariamente sia allo stato di sola energia repulsiva.

Questo timido passo nella direzione giusta è, però, compiuto faticosamente, a causa del pesante bagaglio di espedienti quantistici che ostacola il cammino. Per rendere più agevole il nostro percorso, dobbiamo perciò alleggerirci quanto più possibile da questo bagaglio. (Continua)

* L'idea dell'attrazione come derivazione dalla repulsione non è nuova: essa è già stata espressa da Engels, il quale ne attribuisce la paternità a Hegel. In un frammento della "Dialettica della natura", sulla "attrazione e gravitazione", Engels scrive: "Tutta la teoria della gravitazione riposa sull'affermazione che l'attrazione è l'essenza della materia. Ciò è necessariamente falso. Dove c'è attrazione, essa deve essere stata generata da repulsione. Del tutto giusto quindi già Hegel, l'essenza della materia è attrazione e repulsione",

"Cambiamento dell'attrazione in repulsione e viceversa: in Hegel mistico, ma con ciò egli ha in sostanza anticipato le scoperte scientifiche posteriori". "Hegel geniale anche nel fatto che egli deduce l'attrazione come un successivo della repulsione come un precedente: un sistema solare si forma solamente per il graduale prevalere dell'attrazione sulla repulsione originariamente predominante. Espansione provocata dal calore = repulsione".

Anche Engels è stato geniale nel trarre questa conclusione, che  oggi può essere estesa all'intero universo.

** Possiamo dire di più: come vedremo in seguito, se consideriamo il nucleo, possiamo solo esaminare la "forza forte" ovvero la specifica attrazione nucleare che dipende dalla distanza entro cui è confinata l'energia, Se, invece, consideriamo in generale l'indebolimento della "forza" al diminuire della distanza, allora per esaminare la "forza debole", dobbiamo trovarci a un livello di energia molto più elevato, o, che è la stessa cosa, a una distanza molto più piccola di quella nucleare: un livello tale per cui non può più sussistere il nucleo (oppure, il neutrone non può evitare di decadere in protone).

*** Queste particelle ultraenergetiche precedono, per cosi dire, filogeneticamente il sorgere delle vere masse, delle masse atomiche relativamente stabili.

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Tratto da "Il caso e la necessità -L'enigma svelato - Volume secondo  Fisica" (1993-2002) Inedito