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Così i fisici esplorano le simmetrie violate Così i fisici esplorano le simmetrie violate SCAFFALE Adimostrazione (ma ce n'era bisogno?) del fatto che i fisici non prendono nulla per garantito, uno dei più sottili esperimenti in via di allestimento è legato alla verifica della validità (o, viceversa, violazione) di un celebre teorema che, finora, ha retto a tutte le prove: il cosiddetto teorema CPT. Le tre operazioni che, separatamente, costituiscono l'acronimo e cioè, C (coniugazione di carica o simmetria materiaantimateria), P (parità ovvero simmetria destra-sinistra) è T (inversione temporale ovvero simmetria per tempi verso il futuro o verso il passato) sono ormai considerate perse, nel senso che sono violate dalle interazioni deboli. Ouesto, perlomeno, è accertato senza ombra di dubbio per P, per C e per il prodotto CP. Dalla radicata convinzione (motivata da ottime ragioni) dei fisici teorici che il prodotto delle tre simmetrie debba essere conservato, seguirebbe che l'unico modo perché CPT possa essere conservato è che T sia a sua volta violato in modo da compensare esattamente la violazione (accertata sperimentalmente) del prodotto CP. In realtà, come già accennato, resta da verificare direttamente se il prodotto di queste tre simmetrie CPT sia veramente conservato dalle interazioni deboli. Al momento, la miglior prova a favore del teorema CPT è fornita dall'eguaglianza delle masse di una particella (chiamata K) e della sua antiparticella (detta anti K). Il limite sperimentale attuale ha dell'incredibile, le masse di queste due particelle possono, al più, differire di una parte su 10 elevato alla 18 (come dire un miliardesimo di miliardesimo...). Dalla piccolezza dell'effetto cercato si può intuire quale sia la delicatezza richiesta all'esperimento. Resta da chiarire un punto (ahimè un po' tecnico). Nessuna teoria oggi nota e formulata nel nostro mondo che ha tre dimensioni spaziali (più una temporale) può violare il teorema CPT senza fare gravi violenze alla teoria stessa. Molti fisici, però, ritengono che il nostro mondo sia solo una porzione a 3+1 dimensioni di un mondo molto più complicato (a dimensioni molto maggiori) qual è quello suggerito dalle cosiddette teorie di stringa. Per esemplificare, con tutti i rischi che ciò comporta, è un po' come dire che per un essere infinitamente piatto lo spazio apparirebbe a due dimensioni o, per un verme ideale, a una sola (più il tempo, sempre). Bene, in qualche teoria di stringa il teorema CPT può essere violato senza gravi conseguenze, e un riflesso di questa violazione è possibile anche nel nostro mondo. Di qui un ancora maggior interesse a verificare la tenuta del teorema CPT. Una prima risposta ci potrebbe venire da due esperimenti programmati per i prossimi anni, uno a Stanford (Usa) e uno in Giappone. [e. pr.] NEL mondo meraviglioso della fisica subnucleare si è sempre pensato, almeno fino a quarant'anni fa, che, come nella fisica quantistica e ancor prima nella fisica classica, nulla cambiasse per effetto dell'operazione specchio. Per spiegarci, incominciamo con il supporre di avere scelto un qualche (arbitrario) sistema di riferimento nelle tre dimensioni dello spazio in cui viviamo. Un po' come quando diamo un indirizzo (come dire la posizione di un posto in una mappa) e, in più, diamo anche il piano (cioè l'altezza) di dove si deve andare. L'operazione specchio consiste nel guardare il risultato di una qualche misura prima in questo (arbitrario) sistema di riferimento e poi in quello ottenuto dal precedente rovesciando gli assi coordinati cioè nel sistema speculare rispetto al precedente (speculare perché, appunto, uno specchio scambia la destra con la sinistra, di qui il senso della reclame con cui Gassman pubblicizzava l'atteso primo numero di Specchio). E' chiaro, per continuare l'esempio, che la posizione della casa non può dipendere da quale dei due sistemi di riferimento uno usa. Diremo, in questo caso, che una misura è invariante per inversione degli assi coordinati. Questa proprietà, ovvia nella fisica classica, prende il nome di invarianza per parità (e si indica con la lettera P). Nel mondo meraviglioso della fisica subnucleare, fino a una quarantina di anni fa non solo si riteneva che tutto dovesse restare lo stesso invertendo gli assi coordinati spaziali cioè ef- Metafìsica del tempo in un quadro di Dal) fettuando un'operazione di parità, ma anche rovesciando l'asse del tempo (operazione detta di inversione temporale e indicata con la lettera T) e, infine, anche scambiando fra di loro materia con antimateria (operazione denotata con la lettera C per coniugazione di carica). Non possiamo andar oltre nell'approfondire il senso fisico delle varie operazioni definite sopra ma anche il lettore più digiuno di conoscenze scientifiche ha sicuramente ammirato qualcuno di quegli stupendi fregi o decorazioni che si rincorrono ad abbellire un antico tempio o un palazzo e che appaiono uguali (simmetrici) se guardati in una direzione o nella direzione opposta oppure un disegno di Escher dove una campagna appare uguale vista da destra o vista da sinistra, solo che da una parte è notte e dall'altra giorno. Talora, però, questa simmetria così bella ha qua o là qualche imperfezione, magari anche minima e quasi impercettibile. Perché la fisica subnucleare sia invariante per l'operazione specchio, occorre, per esempio, che in tutti i decadimenti, in cui un nucleo si disintegra emettendo un elettrone e un neutrino, questi possano venir emessi con la stessa probabilità a destra o a sinistra oppure in alto o in basso. Questo tipo di decadimento, chiamato decadimento beta è dovuto a un tipo di forze, chiamate deboli che sono state studiate per la prima volta 60 anni fa da Fermi. Bene: nella prima metà degli Anni 50, si conoscevano due particelle che decadevano in modo diverso ma così diverso da far ritenere che fossero due particelle distinte. Affinando le misure, peraltro, ci si rese conto che queste due particelle avevano esattamente la stessa massa cioè non potevano che essere la stessa particella. Si era di fronte a un paradosso: da un lato le misure di decadimento dicevano che dovevano essere due particelle distinte e, dall'altro, le misure di massa dicevano che dovevano essere la stessa particella! Il rompicapo venne risolto, esattamente quarant'anni fa, da due giovani fisici teorici cinesi che studiavano negli Stati Uniti, Chen Ning Yang e Tsun Daò Lee, -che si resero conto che esso cessava di essere tale se solo si ipotizzava che nel decadimento in questione la parità fosse violata. Questo, essi suggerirono, in qualche caso particolare avrebbe dovuto portare alla conseguenza che certi nuclei dovessero decadere emettendo elettroni e neutrini non in maniera casuale appunto, ma in maniera prevedibilmente asimmetrica. L'esperimento che essi suggerirono fu realizzato molto rapidamente (da un altro fisico cinese, una signora dal nome di Chien-Shiung Wu) e confermò, tra lo stupore generale, la brillante deduzione teorica di Lee e Yang: le interazioni deboli non conservano la parità. Molto tempo è passato da allora e ormai sappiamo che le interazioni deboli tendono a violare quasi tutte le leggi di simmetria che le altre forze conosciute soddisfano, fra cui, oltre a P, anche le altre due simmetrie ricordate all'inizio C e T. Resta da verificare se il prodotto delle tre simmetrie sia o no conservato. Ma questa è un'altra storia. Enrico Predazzi Università di Torino AERONAUTICA