• Cultura
  • mercoledì 23 luglio 2014

La fisica delle particelle spiegata a una Pulce

Che è il modo con cui Marco Delmastro chiama sua figlia di cinque anni, nel suo libro sul Bosone di Higgs e i bicchieri d'acqua

Proprio così. E mentre il neutrone muta in protone per la trasformazione di un quark «giù» in uno «su», io continuo con le magie: Willy bosone, il mattoncino arancione che fa ridere la Pulce, ha appena il tempo di allontanarsi dal neonato protone che lo faccio sparire da una parte, sostituendolo con un piccolo mattoncino giallo e uno di quei pezzi rotondi, trasparenti e rossi che usiamo per costruire i fari delle automobili di mattoncini. La Pulce mi ha visto benissimo prendere il primo dal mucchietto degli elettroni, ma è incuriosita dal secondo. Le spiego che si tratta di un neutrino, una particella leggerissima e molto timida, che per anni se n’è andata in giro senza che nessuno si accorgesse della sua presenza. Anzi, le spiego meglio mentre ribalto il pezzettino rosso a testa in giù, si tratta di un anti-neutrino, il gemello-al-contrario del neutrino. Le confido in un orecchio il nome della magia che abbiamo appena fatto, quella che muta un neutrone in un protone e butta fuori un elettrone e un neutrino: il «decadimento beta», una delle forme di radioattività. Ma la Pulce è ormai presa dall’idea dei mattoncini gemelli-al-contrario: «Tutti i mattoncini ne hanno uno?», chiede ribaltando a testa in giù anche un elettrone.
Tutti i mattoncini hanno un gemello-al-contrario; lo zoo si allarga e le magie pure. Se avvicino un mattoncino giallo, uno degli elettroni che giravano intorno ai nuclei di idrogeno e ossigeno fino a poco fa, al suo gemello al contrario, il positrone, ecco che entrambi spariscono, lasciando al loro posto un mattoncino bianco stretto e lungo, un fotone. Ma a volte, se elettrone e positrone hanno abbastanza energia, si crea un mattoncino bianco ben più largo e tozzo, simile nella forma a Willy bosone, che decidiamo di chiamare Zippo.
Mentre la Pulce scava nella scatola in cerca di altri bosoni Zippo, io prendo un quark «su» e uno «giù», ribalto il secondo per farne il gemello-al-contrario (un anti-quark, ormai il trucco è chiaro), li attacco con un gluone trasparente e faccio un pione, di quelli con carica elettrica positiva. Adesso anche la Pulce vuole partecipare: le faccio allora ribaltare il quark «su» per appiccicarlo a un quark «giù»: ecco un pione con carica elettrica negativa. A guardarlo, sembra proprio il gemello-al-contrario di quell’altro! Se invece mettiamo insieme due mattoncini blu, dei quali uno dei due sia il gemello-alcontrario dell’altro, e due mattoncini verdi gemelli allo stesso modo, facciamo un pione neutro.
È il momento di svelare alla Pulce il prossimo segreto. I protoni e i neutroni che abbiamo formato con i quark «su» e «giù» e i gluoni nascondono anche quark di altri tipi, che possono far capolino di tanto in tanto. I fisici se ne sono inizialmente accorti facendo sbattere i protoni contro bersagli costituiti da sottili fogli di metallo. Dopo l’urto, dall’altra parte del bersaglio, apparivano protoni, neutroni, pioni di ogni tipo, elettroni, positroni, e persino neutrini (anche se all’epoca nessuno li vedeva). Tra la folla sbucavano però anche particelle come queste: un mattoncino quadrato blu, di quelli che abbiamo usato fino ad adesso, e un mattoncino quadrato rosso, preso di fresco dalla scatola, attaccati con i soliti gluoni. Oppure un mattoncino quadrato verde e uno rosso. Oppure, un mattoncino blu, uno verde e uno rosso. I fisici, che ancora non avevano afferrato le regole del gioco dei mattoncini quadrati, le chiamavano particelle «strane», perché non ne capivano bene il senso. Le prime due che abbiamo costruito sono state battezzate «kaoni», uno carico elettricamente, l’altro neutro. La terza particella, quella con tre mattoncini, «lambda».
Spiego alla Pulce le regole per costruire tutte le particelle composte dai mattoncini quadrati, i quark. Può prendere tre mattoncini del colore che preferisce, oppure due, ricordandosi che uno dei due è un gemello-al-contrario. Nel primo caso costruisce una particella che i fisici chiamano «barione», nell’altro un «mesone».
Il gioco si fa persino più divertente, perché la Pulce può usare i mattoncini quadrati blu, verdi e rossi che abbiamo impiegato fino ad ora, ma anche mattoncini quadrati viola, per fare le particelle «affascinanti». Quando ero bambino, i mattoncini delle costruzioni venivano in un numero di colori limitato, ma la Pulce ha ricevuto in regalo anche dei mattoncini moderni, con un sacco di sfumature in più. Unendo due mattoncini viola, la Pulce ed io costruiamo una particella chiamata «J/ψ» – «jey-psai», come dice la Pulce, che però non si accontenta. La stanza si riempie allora di ogni sorta di combinazione. Mesoni e barioni, le particelle formate da due o tre quark, compongono la famiglia degli «adroni», che prendono il nome dalla parola greca «adros», «forte»: la colla che le tiene insieme è infatti molto robusta!
La Pulce vorrebbe costruire qualche particella forzuta ancora più grande, mettendo insieme quattro o persino cinque mattoncini quadrati. Ma devo deluderla: fino ad oggi nessuno ha osservato adroni di quel tipo. In compenso, tiro fuori dalla scatola anche qualche mattoncino quadrato nero, a giocare il ruolo dei quark «belli». Le possibilità aumentano ancora, e adesso sul pavimento ci sono esemplari di mesoni allo stesso tempo strani e affascinanti, oppure affascinanti e belli, e persino uno che è fatto da due quark belli (il preferito dalla Pulce: la particella «upsilon», il mesone bellissimo!). Alcuni adroni hanno un tocco di «su» o di «giù», più o meno ribaltati sulla testa, oppure di entrambi i «su» e «giù». Sono passati dieci minuti, e il pavimento del soggiorno è cosparso di particelle, senza ordine apparente.
Invece di rimettere tutto a posto, come dovrei fare se fossi un genitore responsabile, mi faccio prendere dall’entusiasmo. Mentre la Pulce è impegnata con gli adroni, io tiro fuori dalla scatola due nuovi mattoncini gialli, uno un po’ più grosso di quello usato per gli elettroni, l’altro ancora più grande. Faccio fare al primo il muone, il cugino pesante dell’elettrone che abbiamo già incontrato nel capitolo precedente. Il secondo mattoncino giallo, più largo e più lungo, farà il «tauone» (risate della Pulce salutano la sua comparsa), un altro cugino ancora più pesante. Per far loro compagnia, cerco due pezzi rotondi e trasparenti blu e verdi, di quelli che normalmente usiamo per fare i lampeggianti delle auto della polizia e dei pompieri. Sono simili a quel pezzo rosso che abbiamo usato prima per il decadimento beta: anche la squadra dei neutrini si popola.
«Questi mattoncini gialli di diverse dimensioni, con i loro amici timidi e silenziosi, formano invece la famiglia dei “piccolini”, i “leptoni”, dal greco “leptos”, piccolo», tento di spiegare alla Pulce, provando a separarli dagli adroni.
La Pulce ha però esaurito la scorta d’attenzione che un bambino della sua età può dedicare a spiegazioni del genere. Senza che possa farci nulla, una pila di incantevoli «jey-psai» viola viene impropriamente coronata da un mazzo di neutrini dell’elettrone e del muone rossi e verdi, e un paio di «upsilon» e «lambda» raccolte a caso dal pavimento montano su un’improbabile carrozza fatta di bosoni Willy e Zippo.
«Mi sembrava di avervi chiesto di rimettere tutto a posto – tuona dalla porta la Signora delle Lettere, che ha finito la telefonata, e non è affatto entusiasta della spianata di mattoncini sul tappeto –. Guardate invece che caos avete combinato!».
«Sono le particelle di papà, mamma – strilla la Pulce, indicando un po’ a caso nel mucchio –. Ma non si capisce niente! Ci sono quelle strane e quelle belle e quelle incantevoli. E poi Willy e Zippo, e i fari delle macchinine che sono timidi e non li vede nessuno, e puoi mettere i pezzi gialli al contrario e se li avvicini fanno “puf!” e diventano bastoncini bianchi…».
«Anche a me sembra un gran bazar! – taglia corto la Signora delle Lettere – Un bazar che adesso voi due rimetterete immediatamente nella scatola, alla svelta e senza stare a separare i pezzi! Poi andrete entrambi a lavarvi le mani. Di corsa: la cena è pronta!».
L’occhiata di rimprovero che ricevo non ammette repliche. La Pulce ed io buttiamo gli adroni così come sono nella scatola. Non abbiamo tempo di smontare i singoli quark, o di rimettere in ordine i leptoni. Quasi come per i fisici dell’inizio degli anni Settanta, il nostro zoo delle particelle è caotico, variegato, e assai poco comprensibile.

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