«Vi spiego perché l'universo è tutta una questione di vuoto»

«Da bambino non volevo fare lo scienziato ma sognavo di diventare un calciatore» (e destreggiarsi nei campi di calcio di Serie A, pensiamo, mentre Guido Tonelli racconta la nascita della sua passione per la fisica). Da grande, al CERN di Ginevra e non solo, egli ha invece preso a familiarizzare con il Campo di Higgs, il campo invisibile che riempie l’universo e con il quale interagiscono le particelle fondamentali. Da questa interazione le particelle acquisiscono massa. Senza il campo di Higgs, tutte le particelle sarebbero senza massa e non esisterebbe la materia come la conosciamo.

Per chi non ha familiarità con la «materia» potrebbe sembrare arabo. L’immagine è calzante con quanto Tonelli dice proseguendo la conversazione. «Ho fatto il liceo classico e non avevo una particolare predilezione per la fisica, piuttosto per la filosofia, l’arte, la letteratura, la lingua greca e latina. All’università, per una serie di circostanze decisi di iscrivermi alla facoltà di fisica a Pisa. I primi tempi non capivo niente, si parlava... arabo. Entro Natale ero deciso a cambiare facoltà. Due fattori mi avevano però fatto restare: professori bravissimi che ti invogliavano a capire e ti incoraggiavano. E la scoperta che con la logica, appresa e utilizzata al liceo per fare ad esempio traduzioni o analizzare filosofi come Kant, avevo lo strumento per padroneggiare i teoremi o le leggi della fisica. Ricordo di aver provato quasi un senso di esaltazione, è stato in quel momento che è nata la passione».

Sentirsi vuoti, girare a vuoto, parole vuote… «Il vuoto - si legge nel libro L’eleganza del vuoto, di cosa è fatto l’universo di Guido Tonelli - nel linguaggio moderno continua a risuonare di connotazioni negative. Questo libro può aiutarci a superare tali pregiudizi e a farci scoprire l'incredibile bellezza del vuoto, la sua insuperabile meraviglia». Come? Così parla il fisico delle particelle e divulgatore scientifico. «Apprezzando la potenza del concetto di vuoto come la fisica contemporanea l’ha affrontato. Negli ultimi cento anni abbiamo scoperto che il vuoto non è il nulla, non è questa associazione che ci viene spontanea e che ci mette anche un po’ in ansia, ma un concetto multiforme. Come spiego nel libro, il vuoto è uno stato materiale in cui tutti i campi, tutte le particelle che in meccanica quantistica sono rappresentate da oscillazioni, onde, funzioni d’onda, sono portate a zero. Ciò però non impedisce che ci siano fluttuazioni che sono determinate dal principio di indeterminazione, quindi il vuoto è una specie di contenitore in cui ribollono materia, antimateria, elettroni, positroni, protoni, antiprotoni, che i fisici chiamano schiuma quantistica. Potendo guardare il vuoto, usando un po’ di immaginazione vedremmo tutto un ribollire di possibilità». La schiuma quantistica ribollente evoca l’immagine delle bollicine che si vedono ad esempio quando l’acqua sta per bollire. Un’immagine pertinente. Prosegue Tonelli: «Lo stato evocato sopra è estremamente precario, fragile, perché seguendo le leggi della fisica le bollicine che si generano dal vuoto rientrano immediatamente nei ranghi. Ma le stesse leggi della fisica ci dicono che se in una di queste bollicine si produce una piccola porzione di spazio-tempo e vi è una piccola porzione di energia - cioè l’energia positiva delle particelle e quella negativa dello spazio-tempo sono uguali o contrarie -, ecco che questa bollicina può dare origine a un universo materiale, espandersi, durare miliardi di anni. Se si capisce il vuoto si capisce da dove è nato l’universo». L’universo, allora, nascerebbe o è nato dall’espansione di una bollicina? «Sì, e ciò che ha sorpreso noi scienziati per primi è la scoperta - misurata - che l’energia totale dell’universo è uguale a zero. L’implicazione è che l’universo non solo sarebbe nato dal vuoto, ma è ancora in uno stato di vuoto. Da qui abbiamo ricavato la consapevolezza che la nascita dell’universo non è altro che una trasformazione spontanea dello stato di vuoto. Uno stato di vuoto che ha assunto una forma meravigliosa, cioè noi, gli steli, le piante i pianeti… Certo, ha avuto miliardi di anni di tempo per farlo, ma ciò che davvero è incredibile è che è tuttora uno stato di vuoto. Un vuoto che non è diventato pieno o qualcos’altro».

Il vuoto rimanda al pieno rimanendo vuoto. «Il vuoto è sempre pieno di qualcosa - osserva il ricercatore - e quindi una delle sfide sarà proprio quella di riuscire a trovare il modo di studiare in laboratorio campioni di vuoto puro. Per capire come si comporta il vuoto bisognerà migliorare enormemente alcune delle tecnologie che stiamo utilizzando. Il giorno in cui riusciremo a sondare i segreti del vuoto dobbiamo aspettarci un salto di tecnologia paragonabile a quello che ha prodotto il salto dal primo novecento a questo secolo». In queste poche righe, solo un assaggio di quanto Guido Tonelli espone con chiarezza nel suo libro. Un saggio vasto, in cui il rigore dello scienziato non mette a tacere la passione dell’umanista e lo stupore del bambino. Un libro che fa un po’ di luce sui molti «buchi neri» che ancora insidiano la comprensione umana dell’universo. «Impiegherò tre anni a leggerlo...», gli diciamo sorridendo. «Non si scoraggi, lei vada avanti...».