La rivoluzione mancata

Quando Bruno Touschek, nel marzo del 1960, espose per la prima volta la sua idea, non avrebbe mai immaginato che questa potesse rivoluzionare il modo di esplorare la realtà microscopica a noi circostante. Nel suo celebre seminario, tenuto nei Laboratori Nazionali dell'INFN di Frascati, Touschek propose l'urto fra elettroni e positroni come mezzo con il quale studiare la fisica delle alte energie. Fu una proposta rivoluzionaria, che portò in meno di un anno alla costruzione di AdA, il primo Anello di Accumulazione materia-antimateria.

AdA dimostrò all'intera comunità scientifica internazionale che l'idea di Touschek fosse davvero realizzabile. Tutti i principali laboratori di fisica delle particelle si lanciarono nella costruzione degli anelli di accumulazione per elettroni e positroni, dalla Francia all'Unione Sovietica, dalla Germania fino agli Stati Uniti. Nei Laboratori di Frascati, nel 1969, entrò in funzione Adone, il successore di AdA, con un'energia massima nel centro di massa di 3 GeV.

I fisici che sperimentavano con Adone andavano a caccia delle cosiddette "risonanze strette", ovvero nuove particelle con una massa elevata ma estremamente difficili da individuare. Adone esplorò in lungo e in largo il suo spettro di energie, ma non trovò nulla. Di nuove particelle, nemmeno l'ombra.

Poi un giorno arrivò una telefonata dai Laboratori Nazionali di Brookhaven, negli Stati Uniti. Era il gruppo di ricerca guidato da Samuel Ting che avvisò i fisici a Frascati dell'individuazione di una nuova particella. Si trattava di un picco evidente, limpido, che svettava all'energia di 3,1 GeV. Era il 10 novembre 1974 quando si decise di tirare Adone per il collo e portarlo oltre la sua energia massima, fino a 3,1 GeV. In appena due giorni, anche a Frascati si ebbe l'evidenza della nuova particella, ma oramai i giochi erano fatti. La scoperta era avvenuta negli Stati Uniti, per l'esattezza in due differenti laboratori, ed in maniera indipendente: Burton Richter, dei Laboratori Nazionali SLAC di Stanford, dove era in funzione l'anello SPEAR, chiamò la nuova particella Ψ, mentre Samuel Ting la chiamò J. Da qui la fusione dei due nomi in J/Ψ. Ting e Richter ricevettero il Nobel per la fisica nel 1976, appena due anni dopo la loro scoperta. Ai fisici italiani ed in particolare a Bruno Touschek, ideatore degli anelli di accumulazione per elettroni e positroni, non spettò alcun riconoscimento.

Inizialmente lo studio della natura di questa nuova particella non fu di facile comprensione. Essa presentava una vita media circa mille volte maggiore di quello che all'epoca ci si aspettava per particelle di massa così elevata. Questo fatto non era spiegabile con le conoscenze che si avevano fino a quel momento del modello a quark, all'epoca ancora in fase di conferma e che prevedeva solo i tre quark di massa minore, i quark up, down e strange. In realtà, la soluzione di questo mistero era a portata di mano ed addirittura era già stata pubblicata quattro anni prima, nel 1970, con un articolo di Glashow, Iliopoulos e dell'italiano Luciano Maiani. La teoria proposta dai tre fisici e nota come "meccanismo GIM" (dalle iniziali dei loro cognomi) prevedeva l'esistenza di un quarto quark, il charm, che accoppiandosi con il relativo antiquark formava i cosiddetti stati del charmonio. Proprio grazie a questa teoria, che per quattro anni fu totalmente ignorata, venne spiegata la natura della particella J/ Ψ.

La scoperta della particella J/ Ψ, annunciata l'11 novembre 1974, spalancò le porte alla cosiddetta "rivoluzione di novembre", un periodo di grande fermento per l'intera comunità dei fisici delle particelle che in poco tempo portò all'affermazione della teoria del Modello Standard delle particelle elementari. Questo modello, capace di spiegare tre delle quattro forze fondamentali (la forte, la debole e l'elettromagnetica) negli anni è stato capace di superare numerose conferme e tutt'oggi si accredita come la teoria più attendibile. Tuttavia, nel Modello Standard non vengono comprese la forza gravitazionale e l'esistenza della materia oscura dell'universo.

Come tutte le teorie, dunque, anche il Modello Standard ha dei limiti. Proprio con l'obiettivo di risolvere questi rompicapi si è sviluppata la teoria della Supersimmetria, che prevede l'esistenza di altre particelle estremamente massive e per questo ancora non rilevate dagli acceleratori terrestri. Le prime risposte a questi grandi interrogativi potrebbero arrivare proprio da LHC, l'acceleratore di particelle in funzione nei laboratori del CERN che, con l'aumento della sua energia massima fino a 14 TeV, previsto per il 2015, sarà in grado di esplorare regioni di energia ad oggi completamente sconosciute.

A quarant'anni dalla scoperta della J/Ψ e dalla consacrazione del Modello Standard, la fisica delle particelle si trova di fronte ad una nuova grande sfida.

Giorgio Sestili - Physicist and Science Writer

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