Le particelle elementari non esistono

In un periodo in cui, grazie al recente riavvio dell’LHC, la comunità scientifica sta riscoprendo la corsa alle energie sempre più elevate, con le quali far collidere le particelle nucleari (al fine di indagarne le strutture interne e scoprire i mattoni fondamentali della materia), può sembrare assurda una affermazione come quella del titolo: le particelle elementari non esistono.

Si tratta però non di una provocazione ma di una considerazione che viene spontanea mettendo insieme i vari principi fondamentali e le definizioni comunemente accettate in Fisica.

Innazitutto una particella elementare, ovvero una particella che fa parte del novero di quelle che costituirebbero i mattoni fondamentali della materia, dovrebbe, per definizione, non avere costituenti interni.

Sembra una affermazione banale ma non avere costituenti interni significa anche non avere struttura interna, perché se si ha struttura si ha anche parte interne, quindi avere volume nullo ed essere puntiforme.

Sono singolarità dello spaziotempo?

Ma una particella dotata di massa, carica elettrica (o di qualunque altro tipo), dunque una particella dotata di un contenuto di energia, ma puntiforme, senza volume, dovrebbe avere una densità di massa, di carica elettrica e di energia infinite. Ma questo costituirebbe una singolarità dello spaziotempo, ovvero una specie di strappo nel tessuto a 4 dimensioni che costituisce l’universo stesso, un punto non descrivibile correttamente e completamente tramite le leggi della Fisica.

Anche nella Relativtà Generale di Einstein una singolarità dello spaziotempo non è una cosa positiva per una teoria scientifica, poiché l’infinito è sempre un segnale che ci ricorda che c’è qualcosa della Realtà che sfugge alla nostra completa comprensione.

Le più famose singolarità dello spaziotempo sono i buchi neri, oggetti che costituiscono lo stadio finale dell’evoluzione di una stella massiccia, in cui tutta la massa è caduta nel centro, raccogliendo così la materia in un singolo punto.

Immaginare che ogni molecola, atomo o particella non elementare contenga al suo interno un certo numero di punti con massa e energia infinita, proprio come la singolarità dello spaziotempo chiamata buco nero, sembra una assurdità.

Certo è vero che le singolarità dei buchi neri sono occultate alla vista dei noi osservatori umani poiché si interpone il cosiddetto orizzonte degli eventi: una superficie dal cui interno non può uscire nulla, luce compresa, e che quindi ci preclude qualsiasi osservazione della singolarità. Tecnicamente qualsiasi porzione di spaziotempo non osservabile è da considerarsi al di fuori dall’Universo.

In questa similitudine, allora, l’unico modo per ammettere l’esistenza delle particelle elementari sarebbe quella di considerarle singolarità al di fuori del nostro universo, ricoperte da un orizzonte che dona loro un volume apparentemente non nullo, ma senza però la scocciatura della distorsione spaziotemporale che da descrivere i buchi neri come delle voragini inghiotti-materia.

Insomma, a mio parere, qualcosa non quadra.

Sono scatole cinesi?

La soluzione, se così si può dire, sarebbe ammettere che non esiste un mattone fondamentale della materia ma che più alte sono le energie a cui lavorano i nostri acceleratori, più particelle verranno create dalla distruzione delle particelle già esistenti.

In pratica si tratterebbe di un gioco di scatole cinesi in cui le molecole sono formate da atomi, che sono formati da nuclei ed elettroni, i nuclei sono formati da protoni e neutroni che sono formati da quark che sono formati dalle prossime particelle che, grazie alle altissime energie, verranno liberate/create dal guscio dei quark.

Ovviamente questa è una speculazione che sembra non fare altro che eliminare il problema dell’infinita energia di una particella puntiforme e quindi veramente elementare, creando quello delle infinite particelle costituenti la materia.

Attualmente il già citato LHC può portare protoni fino al 99,9999991% della velocità della luce, ma sappiamo che il 100% non è raggiungibile da particelle dotate di massa, mentre è raggiunto spontaneamente dalle particelle senza massa (come i fotoni, appunto). Per una particella dotata di massa, la velocità della luce è raggiungibile solo grazie ad una energia infinita e questo significa che, per ora, non c’è un limite superiore alle energie che possiamo dare ad una particella, se non i limiti tecnologici.

Si tratterebbe quindi proprio di una corsa infinita alle particelle che costituiscono le particelle appena scoperte come costituenti di qualche altra particella… e così via.

Obiettivi di una ricerca senza fine

Ma a cosa servirebbe indagare i costituenti della materia se fosse davvero una ricerca senza fine? Come spesso accade nella ricerca scientifica, non si esplorano i limiti della Fisica se non per indagare anche qualche altro aspetto. In questo caso tentare di scoprire i costituenti della materia è anche una scusa per ricreare le condizioni di energia presenti nei primi istanti del Big Bang, l’origine dell’Universo: comprendere meglio l’evoluzione dei primi secondi di questa gigantesca espansione ci permetterà anche di capire perché ora l’universo è così come lo osserviamo (qui le altre finalità scientifiche dell’LHC).

Ovviamente anche l’Universo stesso, all’istante zero, era una singolarità dello spaziotempo: tutta l’energia e la massa dell’Universo in un singolo punto di cui, ovviamente, non sappiamo nulla.