Festival della Mente (5) - archivio Foto di Grazia Lissi
Spazio

La scienza è tutta un Festival

A Sarzana, fino al 3 settembre, il Festival della Mente. Intervista al fisico Lucia Votano che ci parla di materia oscura

Il Festival della Mente, il primo in Europa dedicato alla creatività e alla nascita delle idee, si terrà a Sarzana (La Spezia) dal 1 al 3 settembre.
www.festivaldellamente.it.

Come tutti gli anni, vale la pena andarci perché è un appuntamento particolarmente ricco: aperto dalla scienziata e senatrice Elena Cattaneo, offre tre giornate, 65 relatori italiani e internazionali e 41 appuntamenti tra conferenze, workshop e spettacoli (più 22 eventi dedicati a bambini e ragazzi) in cui si indagherà in modo multidisciplinare il tema della rete. In tutte le sue accezioni: la rete sociale, quella online, quella del nostro cervello, quella cosmica...

A proposito di spazio, Panorama ha intervistato Lucia Votano, fisico e dirigente di ricerca associato all’Infn, Istituto nazionale di fisica nazionale (ed ex direttore del laboratorio sotterraneo del Gran Sasso).Votano ci parla del «cosmic web», ossia della materia oscura: una sorta di gigantesca e invisibile ragnatela che tiene insieme gli aggregati  di galassie (e un po’ tutto il nostro universo) ma la cui composizione è ancora ignota. La materia normale, visibile, rappresneta infatti soltanto il 4,9 per cento dell’universo.Sul mistero della materia oscura sono impegnati i maggiori laboratori fisici del mondo, dal Gran Sasso al Cern.

La materia oscura è qualcosa che tutti i fisici dello spazio cercano, ma finora nessuno ha individuato. Intanto, che cosa è esattamente?

Esattamente, non lo sa nessuno. È materia non visibile, di natura non conosciuta: nessuna delle particelle note descritte dal Modello Standard può rendere conto delle sue caratteristiche. Gli scienziati si stanno rompendo la testa, con esperimenti condotti in cielo e in terra, per capire da che cosa è composta.  

Ma siamo certi che esista?

Su questo c’è un accordo quasi unanime. Esistono prove sperimentali della sua esistenza: la pioniera in questo fu una donna, Vera Rubin, che nel 1974, osservando il movimento di rotazione delle stelle all’interno delle galassie, notò che questa velocità appariva diversa rispetto a quella che ci si aspettava in base alle leggi gravitazionali conosciute.

E la conclusione quale fu?

Che nelle galassie c’è più materia di quella luminosa e la stessa  conclusione emerge osservando il movimento delle galassie dentro gli ammassi di galassie. Ma la prova principale è la misura della radiazione cosmica di fondo, ossia l’eco del Big Bang: una fonte enorme di informazioni sulla nascita e l’evoluzione dell’universo. Studiando la radiazione cosmica di fondo è possibile capire quanta materia normale c’è, e la percentuale invece della materia e dell’energia oscura.

Materia ed energia oscura sono cose diverse...

Sulla materia oscura, come dicevo, c’è sostanziale accordo. Una delle ipotesi più accreditate sulla sua composizione è che sia fatta da  particelle pesanti che interagiscono solo debolmente, dette Wimps, previste ad esempio dalla teoria della supersimmetria. Sull’esistenza dell’energia oscura invece ci sono più dubbi. L’energia oscura, comunque, è il “motore” che spinge l’universo a espandersi a una velocità che aumenta sempre di più. L’universo non è statico, ha avuto un’origine, il Big Bang, e un’evoluzione, e adesso la sua espansione sta accelerando. L’energia oscura è il nome con cui i fisici descrivono questo fenomeno: cioè che la velocità con cui  le galassie si allontano tra loro aumenta sempre.

Se l’universo si allontana e si espande sempre di più, in un lontano futuro sarà tutto molto buio...

È così. Se la sua accelerazione non rallenta, tutte le galassie e le sorgenti di luce si allontaneranno talmente che avremo un universo buio, anche se noi non ci saremo più a ricordarci com’era.

Quali sono gli esperimenti con cui voi scienziati cercate tracce della materia oscura?

Ci sono una serie di esperimenti con strategie diverse nei laboratori sotterranei come il Gran Sasso e al Cern. Al Gran Sasso l’esperimento principale, al momento il più sensibile al mondo, è quello chiamato Xenon, un rivelatore (il terzo della sua generazione) il cui obiettivo è cercare un’interazione diretta con la materia oscura. Potrebbe succedere che una particella Wimp interagisca con il nucleo di una particella di materia ordinaria; in questo caso, misurando il rinculo del nucleo potremmo rivelare la natura della materia oscura.

E al Cern come si muovono?

Lì, anziché cercare un’interazione con la materia oscura, vogliono produrla: nello scontro tra protoni ad altissima energia può succedere che vengano prodotte, fra le tantissime particelle, anche quelle supersimmetriche. Se Xenon trovasse eventi di interazione e Atlas producesse particelle supersimmetriche, il cerchio si chiuderebbe. Per ora è tutto aperto...

Lei citava anche esperimenti nello spazio.

Sì, tramite esperimenti montati su palloni,  satelliti e sulla Stazione Spaziale Internazionale. La materia oscura si addensa di più intorno al centro delle galassie o forse in prossimità del Sole. E lì potrebbero verificarsi fenomeni di decadimento o annichilizzazione di materia oscura che interagisce con se stessa; e quando questo avviene, c’è un’anomala produzione di particelle ordinarie, come antimateria, raggi gamma e anche neutrini. Quindi se vediamo un eccesso di queste particelle in una certa direzione,  possiamo pensare che dietro ci sia un fenomeno di annichilazione della materia oscura che dà luogo a quella ordinaria.

Che cosa fa, nell’universo, la materia oscura?

Essendo più numerosa della materia ordinaria, l’effetto gravitazionale della sua presenza contribuisce maggiormente ad aggregare le galassie e gli ammassi di galassie. In sostanza, ha determinato sin dagli albori la struttura a grande scala dell’universo che i fisici chiamano il web cosmico.  L’energia oscura, al contrario, ha un’azione repulsiva che costringe le galassie ad allontanarsi tra loro.

La materia oscura è uno dei grandi enigmi della ricerca di base nel campo della fisica... A molti potrebbe però sembrare un argomento astratto, remoto. Mi dia un motivo per cui così non è.

La risposta che preferisco è questa: il motivo è che conviene al Paese. Gli economisti ormai hanno misurato in maniera scientifica la relazione che esiste fra quanta ricerca di base si fa in un Paese e il suo sviluppo economico e sociale. Se vogliamo salvaguardare il futuro dei nostri figli e nipoti dobbiamo investire in cultura. L’ha detto anche Mario Draghi quest’anno: esiste un legame stretto tra il benessere di una nazione e l’ammontare degli investimenti in ricerca di base. Viviamo ormai a livello globale nell’era della società della conoscenza: il Pil di un Paese dipende al 40 per cento dal livello di conoscenza posseduta, che non è solo tecnologia ma anche creatività e cultura. Ecco perché val la pena, oltre al piacere intellettuale che dà sapere di cosa è fatto l’universo.

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