Con estrema chiarezza e con una pregevole attenzione alla scrittura, Marco Delmastro racconta i fondamenti teorici, il senso e il fascino del suo lavoro di fisico sperimentale. Incalzato dalle domande della moglie, La Signora delle Lettere, dell’amico Ingegnere, della Zia Omeopatica e soprattutto dagli inesauribili ‘perché?’ della figlia Pulce di cinque anni, il protagonista è costretto a trovare un modo efficace per spiegare il complesso mondo subatomico. Missione completamente riuscita.
Bruno Arpaia, “l’Espresso”
Particelle familiari è un viaggio attraverso i fondamenti, le motivazioni e la quotidianità della fisica delle particelle. Attraverso i ‘perché?’ implacabili della figlia, le richieste di semplificazione della moglie e i dubbi degli amici, il libro esplora quello che la fisica capisce del funzionamento microscopico dell’universo; come questa conoscenza sia stata costruita nel tempo dalla comunità scientifica; e quali siano i punti ancora oscuri sui quali i fisici delle particelle di oggi cercano di gettare luce.
Con Marco Delmastro scendiamo sottoterra a visitare il celeberrimo acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra e i grandi rivelatori che misurano giorno e notte le proprietà delle particelle elementari. Beviamo caffè ai tavolini del ristorante del laboratorio, osservando scienziati provenienti da tutto il mondo collaborare al più vasto esperimento scientifico della storia. Ci infiliamo nella gremitissima sala conferenze, per assistere in prima fila all’annuncio della scoperta del bosone di Higgs. È però con i mattoncini e le biglie della Pulce che le ricerche e le scoperte acquistano senso e diventano accessibili a tutti. Anche a una bambina di cinque anni.
(...) Incurante della mia presenza, la Pulce saltella in mezzo ai mattoncini rovesciati. Ogni tanto ne avvista due identici, uno a testa in su, l’altro a testa in giù. Allora li raccoglie, mettendoli da parte nel mucchietto. Poi, con un gesto teatrale, tira fuori un bastoncino bianco dalla tasca, lo posa per terra e dice «puf!».
«Papà, è come mi hai spiegato tu: ci sono le particelle e i loro gemelli-al-contrario che si incontrano, fanno “puf!”, e al loro posto restano i granelli di luce».
La Pulce sta facendo un esperimento casalingo di annichilazione materia-antimateria. Per ogni particella esiste un’antiparticella, il suo gemello-al-contrario, e quando una particella incontra la sua antiparticella le due spariscono, lasciando al loro posto un grumo di energia, un fotone. (...)
Particelle familiari. Le avventure della fisica e del bosone di Higgs, con Pulce al seguito.
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Recensioni
- Particelle familiari (Paperback.it, G. Cupani, 3 luglio 2014)
- La fisica spiegata a un bambino (Europa Quotidiani, Lucia Orlando, 4 luglio 2014)
- Al Tamburo Riparato: Le particelle (una lettura in quattro parti di Juhan: prima, seconda, terza e quarta, a partire dal 4 luglio 2014)
- Il bosone di Higgs "for dummies" (INAF Media, Stefano Parisini, 7 luglio 2014)
- Epopee (Oca Sapiens, Sylvie Coyaud, 8 luglio 2014)
- Fisica con la Pulce ma senza il cane (Oggi Scienza, 21 luglio 2014)
- Le cose che racconti e quelle che fai (Peppe Liberti, 23 luglio 2014)
- La fisica delle particelle spiegata a una Pulce (Il Post, 23 luglio 2014)
- I misteri del mondo spiegati ai bambini (TuttoLibri La Stampa, Alma Toppino, 26 luglio 2014)
- Particelle familiari (Gli studenti di oggi, Roberto Zanasi a.k.a. Zar, 28 luglio 2014)
- Particelle familiari (Il comizietto, 2 agosto 2014)
- Dialoghi sul bosone e i suoi cugini (Le Scienze, agosto 2014)
- Come meta la cometa (un'intervista a Radio Tre Scienza, 5 agosto 2014)
- Il viaggio di Delmastro nel mondo al microscopio (la Gazzetta di Parma, 23 agosto 2014)
- Quel mistero lo conosco (Parma Magazine, Rita Guidi, 27 agosto 2014)
- Leggere di scienza (DafDaf, Ada Treves, agosto 2014)
- A cosa serve? A niente... (Dvel, Marco Cagnotti, 16 settembre 2014)
- Particelle a colazione (L'Espresso, Bruno Arpaia, 19 settembre 2014)
- Particelle familiari (Notiziole di .mau., Maurizio Codogno, 27 settembre 2014)
- BBC Scienze Libri (Alberto Agiotti, BBC Scienze, Ottobre 2014)
- Particelle familiari (Massimiliano Razzano, Le Stelle n. 137, dicembre 2014)
- Gli incontri non casuali (su "nel dubbio mena", blog di marcel_o, 23 luglio 2015)
- La carica dei Little Einsteins (Maria Cristina Valsecchi, Style Piccoli, Settembre 2015)
Particelle di LEGO
Particelle familiari non ha figure, né grafici, né tabelle. È stata una scelta consapevole: se sulle pagine di questo sito faccio uso di foto, disegni e calcoletti, nel libro volevo provare a raccontare la fisica con le sole parole (e qualche numero). Il che non significa che non abbia pensato a qualche illustrazione. Per esempio, mi sarebbe piaciuto avere qualche grafico che aiutasse a seguire la meccanica microscopica delle particelle elementari, quella che nel libro racconto alla Pulce usando dei mattoncini da costruzione. Siccome l'occasione di giocare con il LEGO era troppo ghiotta, ho pensato di produrre qualche immagine fatta in casa, e metterla in relazione con i brani del libro a cui si riferisce. Chissà, magari farà venire voglia a qualche lettore di realizzare i propri diagrammi!
Il Modello Standard di LEGO
Se Particelle Familiari avesse avuto delle figure, questa sarebbe stata sicuramente la principale! Alla fine del paragrafo intitolato "lo zoo delle particelle", la voce narrate del libro fa ordine tra i mattoncini sparsi sul pavimento, ricostruendo la storia della formulazione del Modello Standard, la teoria che oggi meglio descrive la nostra comprensione dei componenti fondamentali della materia e delle interazioni.
Sul tavolino allineo i tre mattoncini gialli, dal più piccolo al più grande: l’elettrone, il muone, la particella tau. Sopra ciascuno metto un piccolo pezzo rotondo e trasparente di diverso colore, rosso, blu, verde: il neutrino dell’elettrone, quello del muone, e quello del tau. Ecco ricomposti i leptoni, i «piccolini» della Pulce. (...) Poco più in là, allineo in una struttura simile i mattoncini quadrati che rappresentavano i quark. Inizio con la coppia (...) up e down, la prima con cui abbiamo giocato. Li sistemo nelle stesse posizioni dove, nel campo dei leptoni, stanno l’elettrone e il suo neutrino. Li segue a fianco la coppia dei mattoncini (...) charm e strange, piazzati in modo simile al muone e al suo neutrino. Infine, sistemo il (...) quark «bello», beauty (o anche bottom, «basso»), nella posizione che tra i leptoni è occupata dalla particella tau. Manca (...) il quark «alto», top, il più pesante dei sei.(...) Mancano solo i guardiani dello zoo, i messaggeri delle interazioni. Dalla scatola estraggo un mattoncino bianco lungo e sottile, di quelli che la Pulce ed io avevamo utilizzato per attaccare gli elettroni ai nuclei atomici all’inizio del gioco: un fotone. (...) poi prendo dalla scatola (...) un gluone, quello che abbiamo usato per tenere insieme i quark nelle particelle che la Pulce chiamava «forzute»: protoni, neutroni, e tutta la numerosissima famiglia degli adroni. (...) (...) allineo il grosso mattoncino che avevamo battezzato Willy bosone, e il suo compagno, Zippo. Sono i bosoni W e Z, i mediatori dell’interazione responsabile di certe forme di radioattività, che chiamiamo interazione «debole».
(da Particelle Familiari, capitolo 3, "lo zoo delle particelle")
I colori (e i pezzi) non sono esattamente quelli descritti nel libro, perché ho dovuto fare con il LEGO a disposizione, ma lo schema è proprio quello. Che cosa è possibile costruire e fare con quei mattoncini? Praticamente tutto quello che ci circonda, ed i fenomeni che governano la realtà microscopica. Per esempio, anche un protone, un neutrone, e un atomo di idrogeno.
Un atomo d'idrogeno di LEGO
(...) mentre incastro i due pezzi blu con quello verde le racconto che esistono diversi tipi di quark, che si combinano come i mattoncini. Abbiamo dato loro dei nomi strani, per esempio «su» e «giù». Se mettiamo insieme due quark «su» e un quark «giù», come questi due mattoncini blu e quello verde, otteniamo una particella che si chiama «protone». Se invece mettiamo insieme un mattoncino blu e due mattoncini verdi, ne facciamo un’altra che si chiama «neutrone». «Come fanno a stare insieme? – chiede la Pulce incuriosita – Si incastrano come i mattoncini?». Sarebbe troppo facile. Abbiamo scoperto che ci sono altre particelle che tengono insieme i quark come se fossero una colla. Non a caso, le chiamiamo «colloni», anche se, a dire tutta la verità, usiamo la parola inglese con lo stesso significato, «gluoni». Smonto il primo protone, e infilo tra i mat- toncini blu e quello verde un paio di mattoncini trasparenti e sottili, a rappresentare i gluoni. La Pulce, ormai entusiasta del gioco, fa lo stesso con i mattoncini del neutrone.
(da Particelle Familiari, capitolo 3, "Persi in un bicchiere d'acqua")
Cosa ci manca per fare dell’acqua? Dobbiamo fare un paio di atomi di idrogeno, e uno di ossigeno. Per il primo le cose sono semplici: prendiamo un mattoncino giallo, della dimensione più piccola che troviamo, e gli facciamo fare l’elettrone. Adesso dobbiamo metterne uno a girare intorno al protone per fare l’atomo di idrogeno. La Pulce ha pronta la soluzione: recupera un mattoncino bianco, lungo e sottile, e attacca ad una estremità la pila di quark e gluoni che fanno un protone, e il mattoncino giallo che fa l’elettrone. Un’ottima idea: gli elettroni hanno carica elettrica negativa, i protoni positiva, e tra di loro passeggiano i messaggeri dell’interazione elettro- magnetica, i fotoni, responsabili di tenere insieme i nuclei e gli elettroni dentro gli atomi. (...)
(da Particelle Familiari, capitolo 3, "Persi in un bicchiere d'acqua")
Il decadimento "beta"
Ecco invece un decadimento beta: in questo caso il bosone W è un mattoncino verde chiaro (mentre nel testo del libro è arancione).
Approfittando dello squillo del telefono che richiama la Signora delle Lettere, ricostruisco al volo un neutrone con due mattoncini verdi, uno blu, e i gluoni sottili e trasparenti. Poi, stacco d’improvviso uno dei mattoncini blu e, davanti agli occhi esterrefatti della Pulce, le racconto della magia che può trasformare un quark «giù» in uno «su», lanciando fuori un mattoncino tozzo e largo di color arancione, che battezzo sul campo «Willy bosone» tra le risate della Pulce. Lei intanto rigira tra le mani il neutrone trasformato: «Non è più com’era prima, adesso sembra più quell’altro suo amico di prima, il protone!».
Proprio così. E mentre il neutrone muta in protone per la trasformazione di un quark «giù» in uno «su», io continuo con le magie: Willy bosone, il mattoncino arancione che fa ridere la Pulce, ha appena il tempo di allontanarsi dal neonato protone che lo faccio sparire da una parte, sostituendolo con un piccolo mattoncino giallo e uno di quei pezzi rotondi, trasparenti e rossi che usiamo per costruire i fari delle automobili di mattoncini. La Pulce mi ha visto benissimo prendere il primo dal mucchietto degli elettroni, ma è incuriosita dal secondo. Le spiego che si tratta di un neutrino, una particella leggerissima e molto timida, che per anni se n’è andata in giro senza che nessuno si accorgesse della sua presenza. Anzi, le spiego meglio mentre ribalto il pezzettino rosso a testa in giù, si tratta di un anti-neutrino, il gemello-al-contrario del neutrino.
(da Particelle familiari, capitolo 3, "Persi in un bicchiere d’acqua")
La molecola d'acqua (semplificata)
Cosa ci manca per fare dell’acqua? Dobbiamo fare un paio di atomi di idrogeno, e uno di ossigeno. Per il primo le cose sono semplici: prendiamo un mattoncino giallo, della dimen- sione più piccola che troviamo, e gli facciamo fare l’elettrone. Adesso dobbiamo metterne uno a girare intorno al protone per fare l’atomo di idrogeno. La Pulce ha pronta la soluzione: recupera un mattoncino bianco, lungo e sottile, e attacca ad una estremità la pila di quark e gluoni che fanno un protone, e il mattoncino giallo che fa l’elettrone. Un’ottima idea: gli elettroni hanno carica elettrica negativa, i protoni positiva, e tra di loro passeggiano i messaggeri dell’interazione elettro- magnetica, i fotoni, responsabili di tenere insieme i nuclei e gli elettroni dentro gli atomi.
Estremamente concentrata, la Pulce costruisce un altro protone esattamente uguale al primo, tutto da sola. Per l’atomo di ossigeno le cose sono più laboriose: dobbiamo costruire otto protoni e otto neutroni, e poi assemblarli in una grossa palla usando qualche gluone aggiuntivo. (...) Alla fine dell’impresa, abbiamo ottenuto un nucleo di ossigeno che assomiglia a una margherita aliena, o forse a un ragno. Arriva il passaggio delicato: attacchiamo altri due mattoncini bianchi al nucleo di ossigeno, senza però gli elettroni gialli al fondo. All’altra estremità incastriamo i mattoncini gialli dei due piccoli atomi di idrogeno, con i due protoni dei rispettivi nuclei a penzolare all’estremo opposto. Abbiamo fatto una molecola d’acqua, tutta di mattoncini.
(da Particelle familiari, capitolo 3, "Persi in un bicchiere d’acqua")
