Le serie di RaiCultura.it Le interazioni fondamentali nell'universo

Quali sono le forze che agiscono nell'Universo? e come determinano il moto dei corpi, dalle stelle agli atomi, ai nuclei atomici, e oltre? Partendo da Galileo e dalla gravitazione universale di Newton, Luciano Maiani illustra il percorso che ha portato all'identificazione dei componenti elementari della materia nucleare, i quark. Un risultato straordinario di queste ricerche è che solo tre tipi di forze determinano la struttura della materia conosciuta, agendo sui quark e sulle altre particelle elementari non nucleari, i leptoni. Sono le forze forti, che legano protoni e neutroni nei nuclei atomici (Hideki Yukawa, 1934) le familiari forze elettromagnetiche, che determinano struttura e proprietà degli atomi, e le forze deboli, responsabili di alcuni tipi di decadimenti radioattivi (Enrico Fermi, 1932). Le forze gravitazionali dominano il moto dei corpi di grandi dimensioni ma non sono rilevanti a livello atomico e subatomico. Forze gravitazionali, forti, elettromagnetiche e deboli, invece, agiscono insieme nei primi istanti dopo il BigBang, in un Universo di dimensioni microscopiche, popolato da quark e leptoni di altissima energia. Le proprietà fisiche dei quark e dei leptoni hanno determinato l'evoluzione successiva, per formare le strutture che osserviamo oggi, galassie, stelle, pianeti. La possibilità di descrivere la materia microscopica e l'Universo primordiale con le stesse leggi è un successo straordinario della Fisica moderna. Resta molto da scoprire. Analogie importanti tra le forze elementari suggeriscono la loro unificazione in un unico schema concettuale. Un passo in questa direzione è la scoperta del cosiddetto Bosone di Higgs (CERN, 2012) che ha confermato l'unificazione delle forze elettromagnetiche e deboli. La ricerca dell'unificazione della forza di gravità con le altre forze fondamentali e con le leggi della Meccanica Quantistica è una delle frontiere più attive della Fisica Fondamentale.