“Mi contraddico? Certo che mi contraddico, sono vasto, contengo moltitudini.” Questa è una delle frasi più celebri di Walt Whitman, poeta americano del XIX secolo, secondo cui l’uomo è costituito da moltitudini.

Questa frase sintetizza l’esperienza vissuta da due studenti del Liceo Scientifico Galilei – Campailla di Modica, selezionato per partecipare a una masterclass sulla fisica delle particelle. L’evento organizzato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare presso i LNF (Laboratori Nazionali di Frascati), ha visto la partecipazione di diverse scuole secondarie, per un totale di circa 60 studenti.

La masterclass ha avuto una durata di 5 giorni, per il liceo di Modica vi hanno preso parte Gabriele Di Tommasi e Giorgio Zocco, studenti della classe V C. I due studenti hanno avuto l’opportunità di partecipare al progetto presso i Laboratori Nazionali di Frascati. Una 5 giorni intensa a contatto con grandi fisici e scienziati in Italia.

Il progetto a cui hanno preso parte Giorgio e Gabriele riguardava lo studio dei sistemi complessi. L’evento promosso dall’INFN rientrava nelle proposta portata avanti dal CERN di Ginevra. A questo ambizioso progetto hanno aderito circa 10.000 studenti di scuole secondarie superiori provenienti da diversi Paesi del mondo per lo studio della fisica delle particelle.

Una 5 giorni tra lezioni e analisi di dati

In Italia il progetto ha avuto un importante seguito con la masterclass sulla ricerca riguardante la fisica delle particelle. Nello specifico dall’11 marzo fino al 15 marzo gli studenti hanno avuto la possibilità di partecipare lezioni sul modello standard, sui rivelatori e sugli acceleratori di particelle; un laboratorio sulla complessità; visita agli apparati sperimentali dei LNF; analisi dati dell’esperimento LHCb group e videoconferenza internazionale col CERN di Ginevra.

“È spesso difficile decifrare come quest’ultime agiscono e influenzano le azioni del singolo rispetto a sé stesso e rispetto alla massa. Difficile sì, ma non impossibile. L’uomo è un classico esempio di sistema complesso. E proprio lo studio dei sistemi complessi è stato uno dei momenti principali del progetto IPPOG (International Particle Physics Outreach Group), organizzato dal Cern” spiegano all’unisono Gabriele Di Tommasi e Giorgio Zocco.

I lavori hanno avuto inizio l’11 marzo presso l’auditorium dei LNF intitolato a Bruno Touschek, padre fondatore dei LNF e brillante fisico sperimentale che lavorò nell’ambito della fisica delle particelle. A dare il via alla masterclass è stata la ricercatrice Barbara Sciascia che ha presentato la storia, le linee di ricerca e i successi dell’INFN agli studenti.

A contatto con strumenti scientifici di ultima generazione

“Per quanto riguarda l’organizzazione dei lavori, ogni giorno noi studenti abbiamo assistito a varie lezioni tenute da professori e ricercatori universitari. Le lezioni sul Modello Standard sono state tenute dal professor Francesco Dettori. Grazie ad esse abbiamo potuto scoprire e comprendere meglio il mondo dell’infinitamente piccolo, dominato dalla probabilità e dalle interazioni fra particelle subatomiche e subnucleari” spiegano i due studenti del liceo scientifico di Modica.

Inoltre hanno avuto modo di seguire anche le lezioni sugli acceleratori di particelle e sui rilevatori di particelle, curate da David Alesini e da Danilo Domenici. Questo lezioni hanno permesso agli studenti di comprendere come vengono accelerate e rilevate le particelle, oltre a capire le applicazioni che questi strumenti hanno nel quotidiano.

Non solo teoria ma anche laboratori

Durante la settimana di lezioni si è tenuto anche un laboratorio sulla complessità, con il prof. Marco Giordano. Questo spiegano Giorgio e Gabriele: “è stato utile per conoscere le caratteristiche di un sistema complesso, diverso da un sistema complicato. Se, infatti, in un sistema complicato le parti sono specializzate ed essenziali e i limiti della comprensione dipendono da noi, in un sistema complesso le parti sono poco specializzate e ridondanti e sono presenti molte variabili che influenzano il comportamento di ciascuna parte rispetto alle altre”.

Tali variabili possono essere individuate e studiate e possono essere costruiti dei modelli che simulano il comportamento del sistema. Un sistema complesso, dunque, è solitamente organizzato in maniera razionale, al contrario di ciò che potrebbe indurre a pensare il nome. Esempi di sistemi complessi sono il sistema nervoso, costituito dai neuroni, uno stormo di uccelli o una folla.

La masterclass, inoltre, ha permesso agli studenti di sperimentare con mano quanto veniva loro spiegato in teoria. Infatti, Tramite la programmazione sul  programma Netlogo si sono potuti costruire e studiare vari modelli di sistemi complessi.

Giovedì 14 marzo, il penultimo giorno, gli studenti hanno potuto analizzare dei dati di due esperimenti del rilevatore del CERN LHCb. Entrambi gli esperimenti riguardavano il mesone D0 e i sui decadimenti. Dopo l’analisi dei dati si è tenuta una videoconferenza con una ricercatrice del CERN e i diversi gruppi di studenti, aderenti al progetto e collegati da Valencia, Birmingham e Bologna. L’ultimo giorno è stato dedicato alla visita dei Laboratori di Frascati

Avvicinarsi al mondo della complessità

“Quest’esperienza ci ha consentito di avvicinarci ancor di più al mondo della complessità e a quello della fisica delle particelle e ci ha concesso di conoscere molti ragazzi e molte ragazze, che condividono con noi la passione per la fisica e, più in generale, per le materie scientifiche e con i quali è stato possibile scambiarsi domande e opinioni. Questo è stato uno dei punti di forza del progetto: riunire studenti che, come direbbe Feyman, “investigano per curiosità e non perché conoscono la risposta” concludono Gabriele Di Tommasi e Giorgio Zocco.

Gli studenti, infine, hanno ringraziato l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) per aver selezionato l’Istituto per la partecipazione alla masterclass e per la forte esperienza scientifica.

Il progetto ha avuto un grande supporto anche del prof. Sergio Carrubba, Dirigente Scolastico del Liceo “G. Galilei – T. Campailla” e della professoressa Maria Pina Ruta, docente di fisica della scuola, che ha contribuito alla realizzazione del progetto in ogni sua parte.

Una curiosità su i laboratori nazionali di Frascati

L’Istituto fu fondato nel 1951 e discende dall’attività svolta dai ragazzi di Via Panisperna. Oggi opera in vari ambiti della fisica, collabora a diversi progetti internazionali e conta migliaia di persone tra ricercatori, tecnici e personale di amministrazione.

Tra le scoperte da Nobel a cui l’INFN ha preso parte annoveriamo la scoperta del celebre bosone di Higgs (2012), il rilevamento delle onde gravitazionali (2017) e gli studi sulla complessità, che sono valsi il Nobel a Giorgio Parisi (2021).

La ricerca svolta dall’INFN ha portato  anche allo sviluppo di varie tecniche diagnostiche in campo medico, come la PET (Tomografia ad Emissione di Positroni) o la risonanza magnetica nucleare, e allo sviluppo di terapie oncologiche, come, ad esempio, l’adroterapia.

Oggi l’INFN può vantare, dunque, una posizione di prestigio tra gli istituti di ricerca nel mondo anche grazie alla presenza di alcuni acceleratori e rilevatori di particelle, come per esempio DAΦNE – LUCE, un collisore di elettroni e positroni. Dunque, un collisore di materia e antimateria, diversamente da LHC, l’acceleratore di particelle del CERN che al suo interno consente la collisione di fasci di protoni o di ioni pesanti. Di collisori del tipo di DAΦNE ne esistono pochi al mondo e quello presente ai LNF è alquanto all’avanguardia.