E se la massa fosse fatta di vuoto?

E se la massa fosse fatta di vuoto?

Scienza e Fisica Quantistica

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Una nuova teoria suggerisce la possibilità che la massa sia una proprietà emergente dalle
fluttuazioni di un vuoto quantistico tridimensionale non-locale

Davide Fiscaletti

Questo articolo è tratto da Scienza e Conoscenza 73.

Sulla base del senso comune abbiamo sempre associato l’idea di massa alla consistenza tangibile. A
scuola ci è stato insegnato che la materia non è continua, ma discreta, fatta di corpuscoli
elementari. Oggi però, le scoperte della scienza moderna hanno demolito tutti i nostri pregiudizi
sull’universo fisico, insegnandoci che, scendendo nelle profondità della materia la nostra realtà
tangibile, materiale è fatta di fantasmi intangibili, nel senso che le particelle elementari che
compongono ogni atomo non solo fluttuano nel vuoto, ma danno luogo a uno zoo di particelle diverse,
molte delle quali caratterizzate da proprietà del tutto assurde.

Il Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria fondamentale che identifica le
particelle elementari e specifica il modo in cui interagiscono, implica che le particelle elementari
della materia – gli invisibili grani ultimi di materia invocati dagli atomisti greci – debbono
essere rimpiazzate da campi quantistici e, come tali, risultano essere vibrazioni o fluttuazioni
elementari dei campi. La fisica teorica del XX secolo ha sostituito la nozione di spazio “vuoto” con
l’idea di un vuoto quantistico unificato come mezzo fondamentale che sottende le forme osservabili
di materia, energia e spazio-tempo.

Come conseguenza delle teorie dei campi quantistici e della cosmologia, il vuoto fisico emerge come
un sistema unificato che governa i processi che si svolgono nel micro e nel macromondo, che si
manifesta su tutte le scale spazio-temporali. Le particelle reali come elettroni, positroni, fotoni,
e così via, così come tutti i corpi macroscopici, sono cioè eccitazioni quantistiche ondulatorie di
questo mezzo.

Oggi sappiamo che la massa dell’elettrone è composita, nel senso che può essere vista come la somma
di una massa “nuda” (l’ipotetica massa che l’elettrone avrebbe se potesse essere spogliato del campo
elettromagnetico) e di una massa elettromagnetica, creata dall’energia delle innumerevoli
interazioni tra l’elettrone e il suo stesso campo elettromagnetico, con emissione e assorbimento di
fotoni virtuali che lo “rivestono”.

In modo analogo, nell’ambito della cromodinamica quantistica o QCD (quel capitolo del Modello
Standard che si occupa delle interazioni nucleari forti tra i costituenti degli adroni) scopriamo
che nei protoni e neutroni solo una piccola parte è dovuta alla massa reale dei quark u e d che li
compongono, mentre la maggior parte della loro massa è dovuta all’energia delle interazioni tra i
quark e i gluoni che li costituiscono.

Nel Modello Standard, inoltre, tutte le particelle elementari, comprese quelle della materia come i
quark e gli elettroni, devono la propria massa all’interazione con il campo di Higgs. A seconda di
come le particelle interagiscono con il bosone di Higgs acquisiscono masse differenti.
L’introduzione del bosone di Higgs – che va considerata di per sé un po’ ad hoc, astrusa ed
artificiale – permette di rompere la simmetriapresente nelle equazioni del Modello Standard, di
differenziare le particelle sulla base della loro massa. Da alcuni anni ha fatto molto scalpore la
scoperta dei quanti di questo campo, le cosiddette particelle di Higgs, in alcuni esperimenti
eseguiti nel più grande acceleratore del mondo, il Large Hadron Collider (LHC) del Cern di Ginevra.

Nonostante l’osservazione sperimentale dei quanti del campo di Higgs, va tuttavia enfatizzato che
questa, di fatto, non risolve – ad un livello fondamentale – il problema del perché effettivamente
le particelle della materia ordinaria hanno una massa, la questione dell’introduzione ad hoc del
campo di Higgs rimane.

La massa delle particelle, vista come intensità dell’interazione con il campo di Higgs, di fatto
deve essere inserita “a mano” nella teoria. Per quale motivo il campo di Higgs dovrebbe avere
proprio quella forma? Il Modello Standard non è in grado di spiegarlo. E non è in grado di spiegare,
per esempio, perchè il quark d interagisce con il campo di Higgs in maniera più intensa rispetto al
quark u, facendo sì che la massa del neutrone sia lievemente maggiore di quella del protone.

Possiamo concludere che la massa, nell’impianto strutturale del mondo, ha perso il suo primato,
costituisce cioè una proprietà secondaria: ciò che riconosciamo come massa è in realtà una
manifestazione fisica di una più fondamentale energia quantistica, un comportamento di più
fondamentali campi quantistici. Ma nell’ambito del Modello Standard corrente, sono presenti numerosi
problemi e inghippi dai quali non si riesce a venire fuori…

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Scienza e Conoscenza n. 73 – Luglio/Settembre 2020 — Rivista >> bit.ly/3eE4ire

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Davide Fiscaletti

Marchigiano, laureato in fisica all’Università di Bologna nel 1999, è membro ricercatore dello
SpaceLife Institute, centro di ricerca che si propone di aprire nuove prospettive in campo
scientifico (in particolare: lo sviluppo di una nuova visione nell’ambito della fisica; lo sviluppo
della cosmobiologia, disciplina scientifica che interpreta l’evoluzione della vita come parte
integrale dell’evoluzione dell’universo; lo sviluppo scientifico della consapevolezza umana libera
da ogni influenza religiosa e filosofica). Si occupa di fondamenti della fisica teorica,
segnatamente di questioni interpretative della meccanica quantistica, di relatività, di gravità
quantistica e di consapevolezza.

Al XCII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica (Torino, 20 settembre 2006) ha
presentato uno studio dal titolo “Potenziale quantico: analisi-storico critica e prospettive
aperte”; al XCIII Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica (Pisa, 27 settembre 2007), ha
presentato uno studio dal titolo “Dualismo oggettivo onda-corpuscolo e potenziale quantico:
prospettive aperte”; al XCVI Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica (Bologna, 20
settembre 2010), ha presentato uno studio dal titolo “Non località, potenziale quantico e l’arena
dei processi quantistici”.

Tiene seminari e conferenze su tematiche inerenti la sua ricerca.

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