La freccia del tempo infilza la materiaUn esperimento condotto al Cern
di Ginevra ha dimostrato per la prima volta che la materia distingue tra passato e presente
l risultato contrasta con la convinzione espressa da Einstein, prima di morire, che il tempo
a livello subatomico non esiste |
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A giorni la notizia apparirà su una delle più severe (e vietate ai profani) tra le riviste
scientifiche, Physics Letters B: un esperimento condotto al Cern di Ginevra (il Centro europeo
di ricerche nucleari) ha dimostrato per la prima volta nella storia della fisica che, a livello
subatomico, anche la materia distingue tra passato e presente. In altre parole, che la "freccia
del tempo" viaggia anche nella fredda, indifferente materia, così come accade per i nostri
corpi e in genere per la materia vivente. Una équipe internazionale di scienziati, nel corso di
un raffinato e difficile esperimento denominato Cplear - condotto per parecchi mesi su uno dei
grandi acceleratori del centro di ricerche europeo utilizzando fasci di esotiche particelle
chiamate kaoni e le loro "antiparticelle" - ha dimostrato sperimentalmente che il tasso al
quale gli antikaoni si trasformano in kaoni è lievemente diverso dal suo inverso, ossia dal
processo speculare nel tempo. Vale a dire che gli scienziati del Cern hanno per la prima volta
osservato una microscopica "freccia del tempo", che getta una nuova luce sulle simmetrie (e
sulle loro violazioni spontanee) sulle quali è costruita l'immagine moderna della fisica della
natura. In particolare su una delle simmetrie fondamentali della materia, denominata Cpt (ossia
carica, parità e tempo) in base alla quale la natura, a livello atomico, non fa distinzioni tra
destra e sinistra ("la natura - osservavano il premio Nobel Leon Lederman e il suo collega
David Schramm - non riesce a distinguere tra il mondo e il suo riflesso in uno specchio"),
tra la carica di una particella e quella di una antiparticella (ossia di segno opposto), ed è
anche indifferente alla direzione del tempo.
Solo i sistemi termodinamici - primi tra tutti quelli biologici, cioè gli esseri viventi - "misurano" lo scorrere del tempo
registrando un inesorabile aumento della propria entropia, cioè dello stato di disordine, di
disorganizzazione del sistema stesso. Anche l'Universo - secondo i cosmologi - nel corso della
sua evoluzione è passato da uno stato "ordinato" (il gas primordiale di quark e fotoni
scaturito dal Big bang) a uno sempre più "disordinato", nel corso del quale però si registrano
anche punte di più alta organizzazione, come testimonia l'esistenza nell'Universo di galassie,
stelle e la stessa nostra presenza.
Ma a questa tendenza sarebbero estranea la materia, atomi e particelle elementari, indifferenti
allo scorrere del tempo. Perciò il significato dell'esperimento di Ginevra, che introduce una
asimmetria tra passato e presente nel mondo delle particelle, è molto più rivoluzionario di
quanto possa apparire a occhi profani. Le equazioni della fisica, di quella classica, ma anche
di quella relativistica e quella quantistica, non fanno distinzione tra passato e futuro. Il
tempo non esiste. Una convinzione espressa con fermezza anche da Albert Einstein, che poco
prima di morire scriveva al suo amico italiano Michele Besso, che aveva pubblicato un
articolo appunto sulla irreversibilità del tempo: "Sei fuori strada. Devi accettare l'idea, per
quanto bizzarra possa apparire, che non c'è irreversibilità nelle leggi fondamentali della
fisica. Devi accettare l'idea che il tempo soggettivo, con la sua insistenza sull'adesso, non
ha significato oggettivo". E poco dopo, alla morte di Besso, scriveva alla sorella di questi: "Mi ha
preceduto di poco nel lasciare questo strano mondo. Ciò non ha importanza. Per noi fisici
convinti, la distinzione tra passato, presente e futuro non è che una illusione, per quanto
tenace possa essere".
In verità, da qualche tempo qualche sospetto che non si trattasse solo di una illusione - anche
per quanto riguarda la materia - circolava tra i fisici teorici, e successivamente anche tra
gli sperimentali, che mettevano duramente alla prova nei loro acceleratori i comportamenti
delle particelle elementari. Specialmente di quelle più esotiche, come appunto i kaoni, (o
mesoni kappa), individuati per la prima volta nei raggi cosmici, che un altro importante fisico
americano, Frank Close, definiva poeticamente "araldi di un mondo al di là della materia
ordinaria". Tra il 1956 e il 1964 proprio esaminando il comportamento di queste particelle si
arrivò a stabilire che la natura - almeno in questi casi - viola la simmetria Cpt: distingue
tra destra e sinistra ed è anche sensibile all'inversione di carica. Adesso è giunto il momento
della scoperta della asimmetria del tempo, allo stesso livello delle altre rotture di simmetria
riscontrate per la carica e la "parità" speculare: "E' un esperimento che getta una nuova luce
sulle simmetrie fondamentali della fisica e sulla loro rottura - osservano i ricercatori del
Cern - e potrebbe spiegare come mai nel nostro Universo domina la materia piuttosto che
l'antimateria". Insomma, "con l'esperimento Cplear abbiamo isolato un fenomeno che sembra
indicare che a livello di particelle elementari potrebbe esserci una direzione del tempo -
commenta con la stringatezza tipica dei fisici sperimentali Maria Fidecaro, uno dei pochi
scienziati italiani che hanno partecipato all'esperimento - E potrebbe avere anche un
significato cosmologico, per quanto riguarda l'origine dell'Universo attuale".
L'esperimento che ha condotto a questo eccezionale risultato è frutto di una collaborazione tra
università e istituti scientifici di nove paesi (Francia, Grecia, Gran Bretagna, Olanda,
Portogallo, Slovenia, Svezia, Svizzera e Stati Uniti). Ancora una volta la fisica europea
concentrata nel Cern di Ginevra (che nel prossimo anno torna sotto la direzione italiana di
Luciano Maiani) ha battuto sul tempo la "concorrenza" americana: i ricercatori del Fermilab
di Chicago sono giunti - utilizzando tecniche diverse - allo stesso risultato, ma solo alcune
settimane dopo l'annunzio del Cern.
Come è visto questo risultato dal mondo scientifico? Carlo Bernardini, fisico teorico
dell'Università La Sapienza, lo definisce "un filone di ricerca entusiasmante". E spiega: "Non
solo per l'importanza che ha per la fisica moderna il teorema sulle simmetrie Cpt, ad esempio
per la teoria dei campi, ma anche perché è possibile indagare su strutture e fondamenti della
meccanica quantistica utilizzando mezzi relativamente modesti, rispetto alle gigantesche
macchine ad altissime energie necessarie per altri settori della fisica, e perché coinvolge
negli esperimenti un numero relativamente ristretto di ricercatori. Adesso il problema è
misurare con la massima precisione possibile le violazioni della simmetria: è proprio il compito
a cui si accinge la "macchina" Daphne, dei Laboratori Nazionali di Frascati dell'Istituto
nazionale di fisica nucleare.
"Sì, l'esperimento, che abbiamo chiamato Cloe - dice Paolo Franzini, responsabile
dell'esperimento, uno scienziato che ha insegnato a lungo negli Stati Uniti e che oggi lavora
all'Università di Roma 1 e alla macchina di Frascati - e che partirà a febbraio ha l'obiettivo
di esplorare effetti che sono alla base della meccanica quantistica e principalmente se le
violazioni della simmetria di carica, parità e tempo si compensano a vicenda: il che
rappresenterà una conferma della validità del teorema".
Ma davvero la violazione del parametro temporale introduce a livello microscopico una "freccia
del tempo" che le equazioni della fisica non prevedono? Il tempo, anche a livello microscopico,
è asimmetrico, ha una direzione? "Attenzione" - replica Franzini - la "direzione del tempo" è
senza dubbio presente. Ma solo a livello della singola particella. Nel complesso, cioè quando
si prende in esame un fascio sufficientemente denso di particelle, il fenomeno scompare: nel
gruppo, la violazione del tempo viene cancellata. Non si può verificare a livello macroscopico:
i principi, insomma, non vengono cambiati...". | 
