Possiamo sapere che qualcosa esiste anche se non lo possiamo vedere? Oggi un video un po'diverso dal solito, parliamo di Quark. Dopo la sigla! Ciao e bentornati sul canale del vostro amichevole chimico di quartiere.
A molti la parola quark avrà sicuramente fatto venire in mente Piero Angela e le sue trasmissioni quark e superquark. Ma sapete che cosa sono i quark? Nel 1860, data... storica per la chimica, tutti i chimici ormai erano convinti che gli atomi esistessero davvero, anche se non li avevano mai visti, perché erano necessari per spiegare di fatto la chimica, per spiegare tutti i vari esperimenti che altrimenti risultavano incomprensibili.
Nel 1869 gli elementi noti erano 63, composti tutti da atomi dello stesso tipo, quindi ferro, ossigeno, oro, zolfo e così via. Il chimico russo Dmitri Mendeleev li organizza in una tabella, osservando le regolarità nelle loro proprietà, e crea così la famosa tavola o tabella periodica. Riesce anche a prevedere così l'esistenza di elementi che non erano ancora stati scoperti, perché nella sua tabella c'erano dei buchi.
Questi atomi erano le particelle elementari scoperte dai chimici. Circa vent'anni dopo, nel 1897, J.J. Thompson scopre la prima particella subatomica, cioè all'interno dell'atomo, l'elettrone.
E poiché l'elettrone è una particella carica negativamente, e poiché la materia è elettricamente neutra, doveva esistere da qualche parte dentro l'atomo anche una carica o più cariche positive. Altri venti anni e Ernest Rutherford scopre prima il nucleo, con un esperimento di rinnovamento. che mostra come la massa all'interno degli atomi sia localizzata proprio al centro e tutto il resto sia vuoto, ed è carico positivamente, e poi il protone, il nucleo dell'atomo di idrogeno, l'atomo più piccolo, e atomi più grandi hanno più protoni.
Nel 1918 quindi le particelle elementari note, di cui è composta tutta la materia, sono elettroni e protoni. Però c'era qualcosa che non tornava, perché Frederick Soddy, un chimico, aveva scoperto che ci sono elementi, che sono identici dal punto di vista delle proprietà chimiche, ma che hanno una massa differente, e quindi sono in qualche modo diversi, ma che dovrebbero occupare però lo stesso posto nella tabella periodica. Soddy di fatto ha scoperto gli isotopi, e isotopo vuol dire proprio nello stesso posto. Rutherford ipotizza allora che esistano altre particelle, che chiama neutroni, con la stessa massa dei protoni, ma senza carica elettrica, e nel 1932 James Cadwick scopre scopre il neutrone, come aveva ipotizzato Rutherford. Agli inizi degli anni 30 quindi i fisici pensavano che esistessero solo quattro particelle elementari con cui comporre tutto l'universo, elettroni, protoni, neutroni e neutrini, e sì perché ne mancava uno.
L'esistenza di questa particella fu ipotizzata da Wolfgang Pauli, molto leggera e neutra per interpretare alcuni esperimenti che altrimenti non si potevano spiegare. Enrico Fermi chiamò questa particella ancora ipotetica, neutrino. Doveva esistere, così come neutroni e protoni dovevano esistere per poter spiegare gli esperimenti. Oltre a queste quattro particelle elementari, dovevano esistere anche le versioni di antimateria, perché Paul Dirac, anni prima, aveva dovuto ipotizzare l'esistenza di un elettrone positivo, il positrone, che saltava fuori dalle sue equazioni, dalla sua teoria, che per il resto dava previsioni accurate.
E nel 1932 Karl Anderson scopre il positrone nei raggi corti. cosmici che arrivano dallo spazio, quindi un'altra particella elementare. Quindi con quattro particelle elementari e le relative antiparticelle si costruisce tutto l'universo. Finita la fisica?
Eh beh, no. No perché arrivano, per esempio, gli studi sui raggi cosmici e l'alta energia e arrivano soprattutto gli acceleratori di particelle sempre più grandi e quindi cominciano a scoprirsi tante altre particelle, tanto che entro il 1960 ne erano state scoperte più di 100. più di 100 particelle presunte elementari diverse. Ma erano davvero tutte elementari? Oltre ai cari vecchi protoni, elettroni, neutroni che abbiamo già visto c'erano mesoni, caoni, pioni, muoni, positroni, antiprotoni, barioni lambda, un gran macello tanto che il fisico Robert Oppenheimer cognò la frase lo zoo delle particelle per indicare proprio la gran confusione che regnava nel campo.
100 erano decisamente un po'troppe per considerarle tutte elementari, perché quest'idea, che fossero tutte elementari, offendeva profondamente ciò in cui molti fisici credevano, e credono tuttora, e cioè che la natura debba essere semplice, perché la semplicità è elegante e bella. Nel 1961 Murray Gellman, come aveva fatto un secolo prima Mendeleev, organizza in vari schemi le particelle esistenti secondo le loro proprietà. e come Mendeleev scopre che ci sono alcuni pezzi mancanti nel suo schema e predice alcune particelle che poi verranno scoperte. Chiama a questa classificazione la via dell'ottetto, the Eightfold Way. Nel 1964 Murray Gellman e George Zweig, indipendentemente, per mettere ordine in tutte le particelle scoperte e dare conto dello schema proposto, propongono l'esistenza di alcune particelle più elementari.
Gellman li chiama quark, una parola inventata. che non significava nulla, e in realtà lui la pronuncia quark quando la inventa, però poi scopre, leggendo un romanzo di James Joyce, cioè Finnegan's Wake, che Joyce aveva già usato questa parola e che però doveva fare rima con Mark, perché la rima faceva three quarks for Master Mark, e quindi avrebbe dovuto pronunciarla con la A, quindi questo è uno dei motivi per cui in Italia la parola quark si pronuncia con la A, perché se andate nei paesi anglosassoni loro la pronunciano come avevano detto. pensato originariamente Gell-Mann, cioè quark con la O.
Servono solo tre quark, che ora chiamiamo Up, Down e Strange, e i relativi anti-quark per comporre tutte le cento e più particelle che avevano trovato a quell'epoca con i vari acceleratori di particelle. Un po'come usando i mattoncini del Lego, però non c'era nessuna prova che i quark esistessero veramente, ma semplificavano la teoria tantissimo e la rendevano più semplice. rendevano elegante, molto elegante, perché è una bella semplificazione passare da 100 particelle elementari a solo 3. La teoria però non era ancora abbastanza elegante, perché? E'perché erano già note quattro particelle veramente elementari, veramente fondamentali, che ancora oggi noi consideriamo fondamentali, cioè non composte da altre particelle, e cioè l'elettrone, che abbiamo già incontrato, il muone, che è una sorta di cugino un po'cicciottone dell'elettrone, stessa carica, ma con massa più grande, e i neutrini associati, quello elettronico e quello muonico, quindi sono quattro. Estonava che da una parte ci fossero quattro leptoni, così si chiamano, e che i quarti invece fossero solo tre.
Quindi meno di un anno dopo dall'ipotesi di Gelman e Zweig uno scienziato, Sheldon Glashow, propone l'esistenza di un altro quark. Il quarto quark venne chiamato Charm, Fascino. Nessuno l'aveva mai visto, ma d'altra parte nessuno aveva mai visto neanche gli altri tre, ma era un'ipotesi che... che serviva a rendere più bella e simmetrica la teoria. I quark vennero raccolti da moltissimi fisici con molto scetticismo, sembrava solo un bel gioco di incasto teorico ma non c'era nessuna prova, tanto è vero che Gellman, che ricevette il premio Nobel in quegli anni, non lo ricevette per l'ipotesi dei quark, che non venne nemmeno nominata nell'annuncio del suo premio Nobel.
Finalmente nel 1968 a Stanford, a Slack, all'accelerazione, finalmente ci fu un esperimento che mostrò che effettivamente protoni e neutroni avevano una struttura interna, perché questo esperimento mostrava come all'interno di queste particelle la massa fosse concentrata in alcuni punti, cioè avevano dimostrato la stessa cosa che aveva dimostrato Rutherford con i nuclei molti molti decenni prima, cioè che i protoni e i neutroni hanno una struttura interna, quindi questo esperimento finalmente rilancia l'ipotesi dei quark. Nel giro di pochissimi anni però il numero di quark proposti sale a 6 perché questo riuscirebbe a spiegare anche a esperimenti dal risultato apparentemente incompressibile e inaspettato, la violazione della simmetria CP, non entriamo nel dettaglio. Negli anni 70 poi vengono finalmente trovate le particelle previste dalla teoria dei quark, particelle che contengono il quarto quark, vi ricordate il charm, sia il quinto che ora chiamiamo bottom, ma per un bel po'di tempo è stato chiamato beauty, bellezza, tanto per indicare come questo concetto di bellezza sia proprio profondo all'interno dei fisici.
Nel frattempo era stato trovato un cugino ancora più pesante dell'elettrone, il tau, è più pesante dell'elettrone che del muone, e quindi il tau insieme al muone, l'elettrone e e ai tre neutrini associati arrivavano a sei leptoni e quindi c'era una perfetta simmetria tra i sei quark e i sei leptoni. Le prove del sesto e per ora ultimo quark, il top, arrivarono solo vent'anni dopo, nel 1995, che è anche l'anno, per coincidenza, quando Piero Angela lancia il programma Superquark come riedizione del suo vecchio programma quark che aveva lanciato nel 1981. Nel 2012 arriva l'ultimo tassello, viene trovato il bosone di Higgs, che è l'ultima particella elementare prevista dal modello standard. Nell'Ottocento i chimici si sono convinti che gli atomi esistessero davvero perché permettevano di spiegare un gran numero di fenomeni, permettevano di spiegare come era fatta la materia che ci circonda e di fatto in un certo senso possiamo dire che gli atomi sono stati inventati per spiegare la chimica. Non li avevano mai visti, non li avrebbero mai visti durante la loro vita, ma erano assolutamente convinti della loro esistenza.
Adesso noi li possiamo... vedere con dei particolari apparecchi, insomma più di 150 anni dopo. Un secolo dopo i chimici, i fisici sono arrivati a ipotizzare l'esistenza dei quark per poter spiegare la costituzione della materia dell'universo.
Anche i quark, come gli atomi, erano una costruzione puramente teorica, solo che non solo i fisici non li avevano mai visti, ma la teoria stessa prevede che i quark non si possano mai vedere isolati, a differenza degli atomi. È possibile che quark non esistano in realtà, ma sì, è possibile, certo, è possibile che ci possa essere una teoria alternativa diversa per spiegare certi fenomeni, però per ora nessuno l'ha trovata e quindi i fisici propendono, come hanno fatto i chimici nel secolo precedente, per la loro esistenza, perché i quark hanno questa grande capacità di spiegare un sacco di fenomeni altrimenti incomprensibili, ma anche perché rendono bella ed elegante la teoria. Possiamo essere sicuri che qualcosa esista anche se per principio non possiamo mai vederla isolata, lascio a voi questa riflessione filosofica, ma questa storia che vi ho raccontato illustra bene una cosa che Piero Angela ha sempre cercato di mostrare e di sottolineare nelle sue trasmissioni, l'importanza della bellezza e dell'eleganza nella scienza.
E parlando di bellezza, prima di spiegarvi perché vi ho raccontato questa storia, vi faccio vedere la mia ultima creatura. Eccolo qua, questo è il volume 2 del saggio fumetto Dottor Neutron, se vi ricordate questo era il volume 1 uscito l'anno scorso. È già in preordine su Amazon, Feltrinelli, tutti i vari siti online, vi lascio il link in descrizione se vi interessa. Come nel primo volume, c'è una parte saggistica che illustra e indaga il rapporto che c'è stato, c'è tuttora, tra la scienza e i fumetti, e poi ci sono delle storie che mostrano quel tipo di situazione.
E io ho fatto tutte le trame, i soggetti, ma due storie sono state sceneggiate da un grandissimo sceneggiatore italiano che è Tito Faraci, che è autore di Tex, Topolino, Diabolic, D-Landog e tantissimi altri. Ne parleremo meglio nelle prossime settimane, però vi anticipo per esempio che una storia qui dentro è dedicata ai vaccini, in particolar modo ai vaccini per la poliomelite, perché anche a distanza di 80 anni quella storia ci è stata. ci può insegnare tante cose, ne parleremo nelle prossime settimane.
Sarò presente a Luca Comics tutti i giorni, allo stand Feltrinelli, che è in Piazza Napoleone, dentro il padiglione. Vi aggiornerò per gli orari dei vari firmacopie. quando li saprò. In questo volume, oltre ai fumetti e alla storia, abbiamo fatto un po'un'operazione, voluto fare un po'un'operazione nostalgia, per cui avete visto, e dentro in un elegante cofanetto abbiamo fatto la tessera del dottor Newton, che posso firmarvi, e dentro nel migliore stile degli anni 70, di quando io ho iniziato a leggere fumetti, ci sono gli adesivi fustellati, cioè vuol dire che si possono togliere, e anche...
Come nei fumetti dell'editoriale Corno c'è anche un poster che potete prendere e appendere. E niente, ritorniamo ai Quark, questo pezzo che vi ho fatto l'ho scritto e l'ho portato lo scorso fine settimana a Torino a un bellissimo festival a cui ho partecipato dedicato a musica e scienza, il rapporto che c'è tra musica e scienza, si chiama Supersonics. è finito ovviamente, ci sarà però anche i prossimi anni, dove a seguire la mia presentazione, la mia piccola introduzione ai quark, c'era un gruppo da camera che ha eseguito, come potete immaginare, la cosiddetta aria sulla quarta corda, nome apocrifo per l'aria della suite orchestrale numero 3 di Bach.
Oltre al mio pezzo ovviamente c'erano altri tanti altri divulgatori oltre alla musica, c'era Emanuele Menietti del Post, c'era Beatrice Mautino che conoscete come divagatrice, ha anche lei un canale YouTube e così via, ma poiché i biglietti per lo spettacolo al teatro, perché era proprio uno spettacolo, sono andati esauriti nel giro di mezz'ora ho pensato che avrei potuto girare un video con il mio intervento senza musica dal vivo purtroppo a beneficio di coloro che non sono riusciti a venire. Quindi per oggi è tutto, arrivederci dal vostro amichevole chimico di quartiere. Ciao! Buio e pesto, qui c'è bisogno di un lume, del lume della ragione Se non discerni il falso dal vero, ti basterà chiamare forte il tuo nome Bressa, bressa, si sente odore di truffa Bressa, bressa, non rimane che buffa Se mischi ancora aceto e bicarbonato e non capisci più cos'è naturale Se gli OGM ti fanno davvero paura ti basterà seguire questo canale Chimico, chimico, chimico, chimico, chimico, chimico, chimico, chimico, chimico Chi mi conosce lo sa che mi batto soltanto per la verità