Finalmente!

Con il consueto ritardo, la redazione (?) di Untitled #0 registra con grande piacere l’assegnazione del premio Nobel per la fisica agli esimi François Englert (80 anni) e Peter Higgs (84). Il bosone di Higgs(-Brout-Englert-Guralnik-Hagen-Kibble e chi più ne ha più ne metta…) era considerato fino all’anno scorso l’ultimo mattone della complessa costruzione teorica nota come modello standard ad essere ancora privo di riscontri diretti; con la conferma definitiva della sua osservazione, arrivata (come ricorderete) il 4 Luglio dell’anno scorso, si può dunque dire che il modello standard è ora confermato in ogni sua parte dagli esperimenti. Proprio per questo motivo può essere interessante andare a scavare un po’ nella storia dei Nobel per vedere quante volte il prestigioso premio è stato assegnato a un lavoro che ha contribuito alla costruzione di questa teoria.

Lasciando da parte i premi dedicati alle scoperte sperimentali (che meriterebbero un discorso a sé stante), il primo Nobel che ha qualcosa a che vedere con la moderna teoria delle particelle elementari è probabilmente quello del 1949, assegnato al giapponese Hideki Yukawa per un celeberrimo lavoro (risalente al 1935) in cui prediceva l’esistenza di una particella mediatrice dell’interazione nucleare forte che, con un po’ di hindsight, è stata poi identificata col pione. Tanto per essere chiari, siamo ancora lontanissimi dalle idee alla base del modello standard, che sono molto più recenti; e tuttavia il nome di Yukawa è ancora oggi familiare ad ogni fisico teorico che si rispetti, per via del tipo di interazione da lui introdotta.

Nel decennio successivo, e precisamente nel 1957, viene premiato un altro contributo teorico fondamentale che viene dall’Oriente: questa volta sono i cinesi Tsung-Dao Lee e Chen-Ning Yang (che però lavorano negli USA) ad aggiudicarsi il Nobel, grazie a un lavoro uscito l’anno precedente (!) su Physical Review in cui fanno notare che quella che era stata considerata da tutti fino a quel momento una legge di natura, la conservazione della parità, poteva in realtà essere violata da alcuni processi governati dall’interazione nucleare debole, tra cui il decadimento beta. I due suggeriscono anche alcuni esperimenti per verificare se tali violazioni avvengano o meno, e convincono la loro connazionale (e collega di Lee alla Columbia University) Chien-Shiung Wu ad effettuare il test. I risultati, pubblicati all’inizio del 1957, sono sorprendenti ma inequivocabili: il decadimento beta non conserva la parità, e il premio Nobel per i due teorici (ma non per la povera madame Wu!) arriva pochi mesi dopo.

Un altro salto in avanti nel tempo e arriviamo al Nobel del 1965, che celebra quello che è a tutti gli effetti il primo pezzo del modello standard: l’elettrodinamica quantistica, o QED per gli amici. I tre premiati sono gli americani Richard Feynman e Julian Schwinger e il giapponese Shinichiro Tomonaga, che non sono in realtà gli inventori della teoria quanto piuttosto quelli che l’hanno fatta funzionare, ponendo tra l’altro le basi della tecnica della rinormalizzazione. Sul finire degli anni ’60, e per la precisione nel 1969, arriva poi il premio a Murray Gell-Mann, naturalmente per il suo modello a quark, introdotto nel 1964. Anche qui, sebbene la teoria che usiamo oggi per descrivere gli adroni (la cromodinamica quantistica, o QCD) sia ben più sofisticata del modello di Gell-Mann, il ruolo storico giocato da quest’ultimo è innegabile: basti pensare all’origine stessa del termine “quark”!

Dieci anni più tardi, nel 1979, arriva la consacrazione di un altro pezzo fondamentale del modello standard: la teoria elettrodebole, con il premio nobel assegnato a Abdus Salam, Sheldon Glashow e Steven Weinberg. Per inciso, l’articolo in cui quest’ultimo pone a tutti gli effetti le basi del modello standard, intitolato con modestia «A model of leptons» (ma che ben presto sarebbe diventato the model of leptons!), è meritatamente uno degli articoli più citati nella storia della fisica: mentre scrivo questo post Inspire segnala 8614 citazioni (and counting, come si suol dire).

Tre anni più tardi, nel 1982, non possiamo non segnalare il premio Nobel al recentemente scomparso Ken Wilson, che oserei definire il primo uomo che abbia davvero capito cosa sia la rinormalizzazione, nonché un pioniere dello studio delle teorie di campo su reticolo (e molto altro).

Dopo Wilson i premi Nobel relativi alla struttura teorica del modello standard si prendono una lunga pausa: dobbiamo infatti attendere il 1999 perché l’altra grande teoria fondante della fisica delle particelle contemporanea, la già menzionata QCD, venga finalmente celebrata con il Nobel agli olandesi Gerard ‘t Hooft e Martinus Veltman. Ancora una volta ad essere premiati non sono gli ideatori della teoria (che peraltro sono parecchi, a iniziare da Chen-Ning Yang (ancora lui!) e Robert L. Mills) ma coloro che la rendono predittiva dimostrandone la rinormalizzabilità in due lavori del 1971 (detto per inciso, ‘t Hooft era allora un giovanotto di 25 anni che stava facendo il dottorato, e Veltman il suo relatore…).

La QCD, ormai definitivamente sdoganata, torna alla ribalta cinque anni dopo con il premio Nobel 2004 assegnato agli americani David Gross, Frank Wilczek e H. David Politzer, per aver scoperto nel 1973 (i primi due assieme, il terzo indipendentemente) un’importante proprietà della teoria nota come libertà asintotica. Nel frattempo il modello standard esce trionfante dai test sempre più stringenti a cui viene sottoposto (al CERN, al Fermilab e altrove), e così nel 2008 arrivano altri tre premi, ai giapponesi Makoto Kobayashi, Toshihide Maskawa (che si dovrebbe traslitterare Masukawa, ma tant’è…) e Yoichiro Nambu, i primi due per un lavoro del 1972 in cui, sulla base di requisiti di consistenza, ipotizzano l’esistenza di una terza generazione di quark, e il terzo per i suoi contributi (risalenti ai primi anni ’60!) alla teoria della rottura spontanea di simmetria, in una specie di antipasto al premio di quest’anno.

Al termine di questa carrelata è impossibile non notare con una certa preoccupazione in quale maniera si sia dilatato, negli ultimi decenni, il tempo che intercorre tra la pubblicazione di un lavoro “degno del Nobel” e l’effettiva attribuzione del premio. Per evidenziare ancora di più la cosa mi sono divertito a fare un veloce grafico:

Grafico ritardo premi Nobel

In ascissa c’è l’anno di attribuzione del Nobel (con lo zero che corrisponde al 1955) e in ordinata il numero di anni trascorsi tra la pubblicazione del lavoro cui si fa riferimento nelle motivazioni del premio e l’attribuzione del premio stesso. (Per il Nobel del 2008 ho preso in considerazione l’articolo di Kobayashi-Maskawa; il puntino di Nambu starebbe molto più in alto, molto vicino a quello di quest’anno…)

Il grafico precedente illustra bene il passaggio dal Nobel “istantaneo” a Lee e Yang nel ’57 al Nobel, diciamo così, “maturo” della settimana scorsa (sono passati 49 anni dagli articoli di Higgs e Brout-Englert!). Stando così le cose non sorprende affatto che il coautore di Englert, il povero Robert Brout (classe ’28, e dunque solo di un anno più anziano di Higgs), non ce l’abbia fatta ad arrivare al giorno del trionfo.

Ovviamente questa dilatazione dei tempi (che per una volta non ha nulla a che vedere con la teoria della relatività!) ha dei motivi, alcuni palesi (era oggettivamente difficile premiare Higgs senza una conferma definitiva del meccanismo da lui ideato, e d’altro canto l’osservazione del bosone di Higgs ha richiesto uno sforzo immenso da parte di migliaia di persone) e altri un po’ meno (ad esempio correva voce che il premio Nobel a Gross fosse stato ritardato di molti anni da una sorta di “veto” da parte di una personalità di grande influenza… provvidenzialmente deceduta poco prima del 2004). È anche vero che l’accademia svedese delle scienze è storicamente piuttosto diffidente verso i teorici: sia Planck che Einstein dovettero aspettare circa 16 anni per vedere riconosciuto il valore delle loro scoperte (e Einstein fu premiato per la spiegazione dell’effetto fotoelettrico, non certo la prima cosa per cui lo ricordiamo oggi…), Pauli 21 anni e Max Born addirittura 28 (ma in questi due casi si è messa di mezzo anche la seconda guerra mondiale).

Sia come sia, con le prospettive che si fanno sempre più nere per la fisica delle alte energie (dopo l’LHC il nulla?), è forse proprio in questi anni che stiamo assistendo agli ultimi premi Nobel che verranno attribuiti in questo campo.

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