È una specie di viaggio. Il più lungo viaggio di tutti i tempi. Comincia più o meno quindici miliardi di anni fa, quando, da un ammasso di gas a 10 miliardi di gradi kelvin, densissimo e fortemente instabile, si formano la materia e l'antimateria. Peccato che le due — esattamente uguali ma composte da particelle caricate inversamente — non si piacciano per niente: quando s’incontrano si annullano a vicenda, lasciandosi dietro un'energia, una radiazione. Fortuna vuole che a quel tempo ci fosse un po’ più di materia: quella rimasta, circa un centomilionesimo della quantità originale, fu sufficiente a costruire un Universo.
Qualche miliardo di anni più tardi, su un pianeta di una galassia di periferia, da quella stessa materia venuta dalle stelle e fatta di pochi ma invisibili mattoncini fondamentali, spunta la chimica e poi la vita. La quale, lungo il corso di altre centinaia di milioni di anni, decide di prendere innumerevoli strade diverse. Sceglie di costruirsi l'istinto, in qualche caso la coscienza di sé, poi l'intelligenza. Fin quando un giorno, migliaia di esseri intelligenti si mettono a costruire sottoterra il più grande e il più costoso laboratorio scientifico del loro tempo, con l'obiettivo di risalire alle proprie origini. Ovvero capire cosa accadde e perché, in quel lampo primordiale di materia e antimateria.
RICHARD JACOBSSON aveva sei anni, quando disse alla mamma che voleva fare lo scienziato. A 12 optò per la fisica. A 13 scrisse una lettera al Cern — fondato nel ’54 a Ginevra come Conseil Europeén pour la recherche nucléaire e poi diventato santuario mondiale
della fisica delle particelle — per farsi spedire un libro. Oggi che di anni ne ha 33, undici dei quali spesi al Cern a lavorare, sprizza lo stesso entusiasmo da tutti i pori. «Se un giorno il Cern non esistesse più — dice — sarebbe come svegliarsi e scoprire che la Svezia, la mia terra, non esiste più». Fino a due anni fa, Jacobsson ha lavorato al Lep, l’acceleratore di particelle nascosto sottoterra in un tunnel circolare di 27 chilometri di circonferenza, successore del collisionatore di particelle Sps, famoso per la scoperta dei bosoni W e Z che ha fruttato il Nobel a Carlo Rubbia. Ma poi il Lep è stato spento e smontato pezzo per pezzo, lasciando un anello vuoto nelle viscere del terreno. Eppure, nel giro di qualche anno, è assai probabile che qualcuno dei 6.500 scienziati di 500 università di 80 paesi che popolano questo laboratorio, faccia un salto fino a Oslo per ritirare un assegno e il certificato della celebrità.
Al posto del Lep sta per sorgere l’Lhc. Ovvero un acceleratore nuovo di zecca, con qualche carta in più da giocare. «Quando sarà finito — racconta Jacobsson, che è al lavoro per costruire un pezzo della nuova meraviglia — sarà in grado di far scontrare due pacchetti di cento miliardi di protoni gli uni contro gli altri, ogni 25 miliardesimi di secondo». E per fare cosa? «Nessuno sa cosa scopriremo veramente. Quasi certamente troveremo il bosone di Higgs, l’ultimo tassello di materia previsto dal Modello Standard. Ma forse molto di più».
Ci hanno lavorato in tanti: un tal sir Isaac Newton, ad esempio, vergando le leggi della meccanica. Poi Albert Einstein, con la relatività generale. Il Modello Standard è un meraviglioso costrutto scientifico che spiega il funzionamento più intimo e nascosto della Natura, dall’attimo in cui cominciò il Tempo. Una teoria straordinaria, confermata dagli esperimenti e dai modelli matematici. Peccato che non stia del tutto in piedi.
I mattoni fondamentali della materia sono 6 quark, 6 leptoni (il più famoso dei quali è l’elettrone), più le particelle che “trasportano” le quattro interazioni fondamentali: l’elettromagnetica, la debole, la forte e la gravitazionale. Ebbene, la gravità è una tessera che non s’incastra nel puzzle del Modello Standard. Un modello che lascia aperti numerosi interrogativi: quark e leptoni sono davvero i mattoni di base? Dov’è finita l’antimateria? Perché il Modello Standard non è in grado di predire la massa del bosone di Higgs?
KAREL SAFARIK è diventato un uomo libero il 9 novembre del 1989. Dopo aver studiato nell’università che portava il nome di suo nonno — poeta nazionale cecoslovacco — viene reclutato in Russia da un istituto di ricerca nucleare per restarne “prigioniero” quasi 12 anni. «Con gli scienziati occidentali — racconta — non potevo scambiare neppure una chiacchera». Poi l’Urss deve tagliare i costi e lo rispedisce a casa, sotto l’implicita tutela del Kgb. Ma quel giorno dell’89 in cui a Berlino cade il Muro, la sua vita cambia. «Nelle due settimane seguenti, tre università — una di Parigi, una di Amburgo e una di New York — mi offrirono un posto da docente».
Davanti a tanta abbondanza, Safarik ha scelto: è andato al Cern. Adesso lavora alla costruzione di Alice, uno dei quattro rivelatori (gli altri si chiamano Cms, Atlas e Lhcb) che saranno l’anima dell’acceleratore Lhc quando verrà acceso, nell’autunno del 2007. Sono i punti d’incontro dei protoni che, lanciati a quasi 300mila chilometri il secondo lungo un circuito sotterraneo di magneti superconduttori, si scontrano rilasciando un fuoco d’artificio di particelle. E i rilevatori servono, in qualche modo, a fotografarli. Ma non si pensi a qualcosa dalle dimensioni di un frigorifero: Atlas e Cms — considerati i due esperimenti a largo spettro, i più importanti — sono grandi come Montecitorio.
Alice è un esperimento più piccolo, ma Safarik si sente pronto alla competizione. «Piccolo? È vero soltanto che costa meno. Per il resto potrebbe portare a risultati assai maggiori degli altri» precisa, e la barba bianca gli s’illumina d’un sorriso malizioso.
Del Bosone di Higgs — nonostante al Cern sia il ricercato numero uno — importa relativamente poco a tutti. Il fisico inglese Peter Higgs teorizzò con successo che le particelle acquisiscono la massa grazie all’interazione con un “campo di Higgs” associato al “bosone di Higgs”. Adesso non resta che vederlo. Ci sarebbero riusciti gli americani, se nel 1993 il Congresso non avesse votato la chiusura dei finanziamenti al Supercollider che, in via di costruzione nel Texas, già dava lavoro a 2mila persone. Nella fisica delle alte energie così, il Cern è rimasto senza concorrenti. Non a caso, Russia, Cina, Stati Uniti, Brasile e molti altri Paesi, hanno chiesto ai 20 Stati membri — tutti europei: dall’Italia al Regno Unito, dal Portogallo all’Ungheria — di poter collaborare e contribuire economicamente, ottenendo in cambio un benvenuto. Al Cern lavorano scienziati come Safarik che stavano dietro alla Cortina di Ferro, insieme ad altre miscele improbabili — indiani e pakistani, arabi ed ebrei — che si danno la mano in nome del Sapere. Solo al “piccolo” esperimento Alice, lavorano 900 scienziati di 77 istituti di 26 paesi del mondo. «Magari — ammette Safarik — al Fermilab di Chicago riusciranno a trovare quel bosone l’anno prossimo, mentre qui saremo ancora in mezzo al guado». La verità è che l’Lhc guarda molto più lontano del Bosone di Higgs: guarda all’origine dell’Universo.
Elettricità e magnetismo sono aspetti di una sola forza, quella elettromagnetica. Ad alte energie, anche elettromagnetismo e interazione debole sono aspetti di una sola forza: l’elettrodebole. E se fosse così anche per interazione forte e gravità? Se ci fosse una sola forza, una sola legge che governa l’Universo? La Teoria della grande unificazione è intrigante, ma tutta da dimostrare. Intanto, nel tentativo di “incastrare” la gravità nel Modello Standard, qualcuno ha immaginato che dietro a ogni particella ce ne sia una “ombra”: una proprietà battezzata Supersimmetria. Un’idea collegata alla Teoria delle Stringhe, secondo la quale le particelle sarebbero in realtà fili e membrane, in un mondo infinitamente piccolo che va oltre le quattro dimensioni conosciute.
ROLF LANDUA deve tenere sempre il passaporto in tasca.
Il Cern si estende per due chilometri quadrati a cavallo fra la Svizzera e la Francia nei pressi di Ginevra e talvolta, per andare da un laboratorio a un magazzino, bisogna attraversare la frontiera. Qui il trattato di Schengen non è valido ed è come viaggiare continuamente da un Paese a un altro. Landua, tedesco di nascita, c’è abituato: lavora qui da 22 anni. Per l’esattezza lavora al laboratorio che, l’estate scorsa, ha prodotto 50mila atomi di anti-idrogeno: una “prima” mondiale durata una frazione di secondo. «Il Cern è una dimensione a sé», ammette lui stesso». Un crogiolo di menti che parlano invariabilmente tre o quattro lingue, fisicamente e cerebralmente immersi nel proprio lavoro. «E il guaio — scherza Landua — è che, fra i fisici, ci sono poche donne. Come risultato, molti si sposano con le segretarie. Gli altri, sono sposati col lavoro». Anche adesso che non c’è un acceleratore da alimentare, a Natale il Cern spegne comunque il riscaldamento, per risparmiare. «Eppure c’è gente che viene lo stesso qui a lavorare, portandosi la coperta da casa. Questo è un mestiere che non conosce orari».
Il tempo stringe. Qui tutto deve andare di corsa. Bisogna rispettare il calendario, che include l’installazione di un serpente circolare di 1.400 magneti da 15 metri l’uno, con dentro più vuoto che nello spazio e una temperatura di solo due gradi sopra lo zero assoluto. Figurarsi il resto. Scusi, anche lei ha sposato una segretaria? «Sì — ride Landua — ma mica la mia».
Le dimensioni previste dalla Teoria delle Stringhe sono dieci: un vero mistero, per chi osserva il mondo in tre dimensioni e vive nell’illusiorio fluire della quarta, il tempo. E se ci sono le stringhe c’è la Supersimmetria. Con un Modello Standard supersimmetrico, che tenga conto delle bizzarrìe della meccanica quantistica, la massa del bosone di Higgs è finalmente calcolabile.
LA FIRMA DI TIZIANO CAMPORESI è sul libro dei visitatori del Museo della bomba atomica a Chelyabinsk 70, nome in codice della città siberiana dimenticata dalla cartografia, perché l’Urss ci costruiva gli armamenti strategici. Prima di lui ha firmato Vladimir Putin, in una scarna lista di 15 autografi inaugurata da James Baker, segretario di Stato americano ai tempi del disgelo. Ma Camporesi non è un uomo di Stato. È un fisico di 44 anni che ha portato un po’ di lavoro ai semidiso
ccupati di Chelyabinsk 70: decine di grandi cunei di metallo saldato «per diffusione», parte indispensabile del rivelatore Cms.
L’assemblaggio del Cms è cominciato, accanto a un cratere profondo cento metri dove sarà calata la gigantesca macchina. Laggiù, quel mostro da 14mila tonnellate verrà allineato all’Lhc — non al millimetro, ma al millesimo di millimetro — per accogliere al proprio interno la collisione fra miliardi di particelle. Quando, ai tempi del Lep, erano elettroni contro positroni poco importava: la radioattività prodotta decadeva nel giro di poche ore. «Ma quando avremo lo scontro di protoni contro protoni — spiega Camporesi — le cose cambieranno: saremo sottoposti a stringenti norme di sicurezza. Non c’è il livello di rischio di una centrale nucleare. Ma è lecito attendersi che, dopo qualche tempo, alcune parti del Cms avranno un sensibile grado di radioattività».
Quando i protoni si scontrano ai livelli di energia promessa dall’Lhc, rilasciano una pioggia di particelle elementari (i quark e i gluoni che li tengono insieme) che per forza di cose interagisce con gli atomi di cui è composto il rivelatore. Per qualche tempo, qualcuno ha avuto il dubbio che si potessero creare effetti altamente indesiderati: financo un piccolo buco nero, capace di inghiottire un po’ alla volta il sistema solare.
Camporesi se la ride. «Gli ultimi studi sostengono che quell’evento, che ha a che fare con l’apparizione del quark strano, un quark che non è presente nella materia intorno a noi, non si verificherà». Ma resta il fatto che gli scienziati dovranno prevedere l’imprevedibile con tutti i possibili strumenti di cui dispongono, a cominciare dalla matematica.
Di fatto, la materia prima del Cern è la materia grigia. Cumuli di scienziati producono tonnellate di studi, di progetti, di soluzioni a piccoli problemi tecnici che non avevano risposta. Per costruire ogni singolo pezzo dell’acceleratore o dei rivelatori, ci vogliono tecnologie nuove. Mai nulla del genere è stato fatto prima. «Siamo sicuri che afferreremo qualcosa — ripete Camporesi — ma il bello è che non sappiamo cosa».
Sono gli effetti della meccanica quantistica, a rendere le particelle inafferrabili. Ma nessuno può lamentarsene: è grazie al fatto che in un atomo non ci possono essere due elettroni con la stessa energia allo stesso tempo — il cosiddetto Principio di esclusione di Pauli — se qualche miliardo di anni fa è stata possibile la chimica. La quale ha poi creato la biologia. E, col tempo, anche la filosofia, la storia, la letteratura. Perfino la musica.
LUCIANO MAIANI ha dedicato la vita alla fisica teorica. Ha insegnato a La Sapienza di Roma, ha presieduto l’Istituto nazionale di fisica nucleare, ha cercato risposte alle più spinose domande del micro e del macrocosmo. Oggi, in qualità di direttore generale del Cern, deve costruire l’Lhc (come deciso ai tempi del predecessore Carlo Rubbia) «ben sapendo — come racconta lui stesso — che quando verrà acceso, sarò già tornato a Roma: l’anno prossimo il mio mandato scade».
Più oneri che onori: la maestosa opera di costruzione del nuovo acceleratore è già in ritardo di un paio d’anni sui tempi originalmente previsti. Qualche mese fa, il vertice del Cern ha dovuto annunciare agli Stati membri che i costi di costruzione dell’Lhc vanno ritoccati al rialzo del 30% (la spesa totale, inclusi i rivelatori, sarà di 2,9 miliardi di euro). C’è stato perfino il rischio che l’immane progetto venisse cancellato, com’è successo dieci anni or sono in America. Poi stata raggiunta l’intesa per un finanziamento della Bei e tutto — a meno di sorprese — pare essere andato a posto. «Forse — sussurra un fisico — se Maiani lasciasse intendere che con l’Lhc si potrebbe trovare una fonte di energia pulita, l’atteggiamento delle diplomazie cambierebbe».
Il direttore generale, portabandiera dell’eccellente tradizione della fisica italiana, non entra neppure nell’argomento. «L’Lhc serve prima di tutto per sapere», taglia corto. «Non possiamo immaginare cosa troveremo esattamente. Ma la ricerca scientifica porta sempre delle ricadute, sul mondo che ci circonda». Un po’ come Colombo che, partito per le Indie, s’imbattè nel continente americano. E, su questo fronte, il Cern non esibisce soltanto gli apparecchi medicali fioriti dalla ricerca sugli acceleratori di particelle. Esibisce anche il World Wide Web. Il volto grafico, multimediale di Internet, quello che vediamo abitualmente, è stato inventato qui e poi diffuso nel mondo (dopo che il Cern ha rinunciato ai diritti sul brevetto). «Adesso stiamo lavorando al Grid», ricorda Maiani. Il Grid è un nuovo stadio della connettività fra computer: i calcolatori non si scambiano soltanto informazioni, ma anche capacità di calcolo. Il Grid sarà indispensabile per macinare 10 petabyte di dati (un milione di miliardi di byte) prodotti ogni anno dall’Lhc. Un compito che sarà affidato a 14mila computer, se si tiene conto della potenza di calcolo prevista per i microprocessori del 2007: con quella attuale, ce ne vorrebbe una quantità almeno tripla.
Il Cern è una specie di Nazioni Unite della Fisica, dove abbondano tutti gli ostacoli e le burocrazie di ogni organismo internazionale. Eppure, sarebbe bello se le vere Nazioni Unite esibissero lo stesso senso di collaborazione, lo stesso impegno nel trovare risposte ai problemi, nello spostare l’orizzonte sempre un po’ più in là. Forse perché qui tutti, dal presidente alla segretaria-moglie-di, hanno in mente i confini della fisica, mica a quelli della geografia o della politica. «L’idea che guida il nostro cammino — commenta Maiani — è che la Natura sia governata da leggi semplici ed eleganti. Un’idea che, da Galileo in poi, ci ha dato delle belle soddisfazioni».
Il viaggio è talmente incerto che nessuno sa quando finirà. Ma fra un numero imprecisato di anni, quelle stesse particelle che hanno dato vita alla Vita, scopriranno — se non il perché — almeno il percome della loro esistenza.
