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Dai quark ai cristalli

Dieci anni dalla morte di Giuliano Preparata: intervista a Sergio Cacciatori

Indaco Biazzo, Roberto Garra

Dipartimento di Fisica della Sapienza di Roma

Sergio Cacciatori

Sergio Cacciatori si è laureato in Fisica con Giuliano Preparata presso l'Università Statale degli Studi di Milano nel luglio del 1996. conseguito il dottorato di ricerca sotto la guida della professoressa Zanon nel febbraio del 2000. Ha ottenute delle borse di post dottorato presso il Dipartimento di Matematica e dal febbraio del 2006 è ricercatore presso il dipartimento di Fisica e Matematica dell'Università dell'Insubria a Como. Si occupa essenzialmente di Fisica Teorica e Fisica Matematica.

Quando è iniziata la collaborazione con Giuliano Preparata? In che modo vi siete conosciuti?

Conobbi Giuliano Preparata nel 1995: io ero un suo studente nel corso di "Fisica subnucleare delle alte energie". Il suo corso era molto impegnativo, comprendeva il Modello Standard delle particelle elementari, un'introduzione alle teorie di gauge non abeliane, la QCD, nonché le sue critiche al vuoto perturbativo e un'introduzione alla ACD, cioè la sua alternativa alla QCD standard. Aveva un tale entusiasmo che era difficile non esserne attratti.

Che tipo di insegnante era Giuliano Preparata?

Giuliano aveva una notevole capacità di interessare gli studenti, a lezione si poteva parlare con lui di qualunque argomento di fisica. Mostrava una grandissima passione e mentre spiegava talvolta ci presentava uno dei problemi su cui stava lavorando e ci confidava quale idea gli fosse venuta per cercare di risolverlo. Era fortemente critico nei confronti delle teorie standard quali la QCD, ma non trascurava di insegnarle poiché sosteneva fosse un passo fondamentale per capire quale fosse la verità. Questo per quanto riguarda le lezioni universitarie. Un po' più difficile diventava l'interagire con lui come studente di laurea o di dottorato a causa del suo carattere e il suo tono di voce che lui stesso definì leggermente superiore alla media.

Qual è il nucleo della ricerca che avete sviluppato insieme?

L'idea era ispirata a un suo lavoro del 1986 pubblicato sul Nuovo Cimento relativo alla determinazione del vuoto in teorie di campo non abeliane. In quel lavoro (che in quel periodo lui obbligava a riprodurre a chi voleva entrare in tesi con lui) con un calcolo complicatissimo lui mostrava che una configurazione di quark-antiquark legati da un tubo di flusso cromo-magnetico era energeticamente più favorevole del vuoto utilizzato nella QCD perturbativa. Nel dicembre del 1987 in una conferenza a Brema incontrò Richard Feynman il quale inizialmente lo attaccò piuttosto aspramente, ma successivamente si rese conto che il risultato appariva essere ragionevole e ne diede una spiegazione abbastanza elementare: supponendo nulla l'energia di una coppia quark-antiquark liberi, l'aggiunta di un tubo di flusso cromo-magnetico che li unisce avrà un'energia positiva. Tuttavia, se si calcolano le fluttuazioni quantistiche rispetto a tale configurazione si ottiene che queste possono avere un'energia negativa in modulo maggiore all'energia del tubo di flusso cromo-magnetico. Quindi al vuoto di quark liberi la Natura preferirebbe il vuoto di coppie legate da un flusso cromo-magnetico che lui riteneva essere il vero vuoto. Lui usava queste parole: in pratica se facessimo un ingrandimento sufficientemente potente di una regione dello spazio-tempo, vedremmo che è anisotropo, essendo pervaso da una moltitudine di aghetti. E quindi sarebbe meglio chiamarla [la QCD] ACD (Anisotropic Chromo Dynamics).

Basandosi su questa idea lui sosteneva che lo stesso dovesse accadere in gravità quantistica: classicamente in relatività generale la soluzione di vuoto delle equazioni di Einstein a energia più bassa è lo spazio-tempo piatto di Minkowski (almeno in assenza di costante cosmologica). Lui sospettava però che il vuoto di gravità quantistica fosse una schiuma spazio temporale di buchi neri del raggio dell'ordine della costante di Planck. Insieme a Stefano Rovelli e Ivan Spagnolatti (eravamo tutti simultaneamente suoi laureandi) lavorammo quindi su questo modello: partendo dalla soluzione di Schwarzshild studiammo le fluttuazioni quantistiche della metrica (come campo su background di Schwarzschild) determinandone i modi instabili e stimandone l'energia negativa, che in effetti risultava mangiarsi la massa del buco nero. Questo veniva allora interpretato con il fatto che lo spaziotempo trova conveniente collassare in un buco nero piuttosto che restare piatto. L'idea successiva, che testammo numericamente, era che il guadagno di energia doveva essere maggiore se si formavano più buchi neri e che questa poteva dipendere dal raggio medio e dalla densità di buchi neri generatasi nello spazio-tempo. In effetti questo fu quello che trovammo e la dimensione dei buchi neri e la loro relativa distanza nella configurazione a energia minima risultavano dell'ordine di grandezza della lunghezza di Planck (fatto non sorprendente, essendo c, G e h le uniche grandezze in gioco). Lui diceva immaginatevi un gas di buchi neri in cui le fluttuazioni quantistiche si sono mangiate la massa... è come una schiuma in cui la massa è evaporata fuori da ciascun buco nero e quindi c'è un vero vuoto (in cui non c'è nulla) ovunque tranne sul confine tra un buco e l'altro. È la schiuma quantistica! È il cut-off naturale!.

Qual è l'eredità del programma di ricerca che avete sviluppato?

L'idea mi era molto piaciuta e avrebbe richiesto di essere sviluppata, essendo a un livello primordiale per molti aspetti. Tuttavia Ivan e Stefano decisero di scegliere un mestiere che garantisse uno stipendio e io, poco dopo la laurea, litigai con Preparata e ci separammo: io sostenevo che ci fosse molto lavoro da fare, che molte affermazioni avremmo dovuto dimostrarle in modo più rigoroso e l'argomento andava approfondito, ma lui purtroppo trovava persino offensivo che qualcuno volesse verificare delle sue affermazioni. E così ognuno andò per la sua strada. Mi è dispiaciuto perché era una bella idea, ma non ha avuto molte conseguenze perché nessuno dei due ci lavorò più. Ma ritengo che molte delle sue idee rischiano di diventare un'eredità perduta perché senza di lui resteranno ignorate. Penso che faccia bene ai giovani leggere buona parte dei suoi lavori benché spesso vengano considerati eretici... ma per non diventare polemico meglio che mi fermi qui.

Preparata ha attraversato in quasi quarant'anni di attività scientifica fasi importanti della storia della Fisica recente, dalla fondazione del Modello Standard alla vicenda della fusione fredda. Qual'è secondo lei, il contributo più importante che Preparata ha dato nel corso della sua attività?

Devo dire che è difficile dire quale sia il suo contributo più importante, sia perché non conosco tutti i suoi lavori, sia perché sono certamente influenzato da quello che lui riteneva essere il suo contributo più importante e che ci ripeteva in continuazione: lui riteneva che in assoluto la sua scoperta più importante era il ruolo della coerenza e dei domini di coerenza nelle teorie di campo quantistico, che era alla base della sua teoria della fusione fredda, la teoria dell'acqua, la superfluidità, la sua spiegazione per i dati delle antenne gravitazionali e così via. A noi laureandi forniva una spiegazione semplificata della sua idea, che è tuttora in attesa di una deduzione rigorosa, che suona pressappoco così: immaginate un sistema di molte particelle N non necessariamente uguali, ma quasi libere e tutte descritte dalla stessa azione di singola particella, diciamo S1(xi). Allora l'azione totale sarà S ∼ ∑i S1(xi). Nella quantizzazione path integral ci sono regimi [è questo è la parte che andrebbe giustificata] per cui eS ∼ eNS1(x0)/h, in cui per N sufficientemente grande h/N è piccolo e l'intero sistema si comporta come una singola particella che si muove lungo una traiettoria classica di coordinate x0: così funziona una goccia d'acqua!.

Credo che anche i suoi lavori degli anni '70 riguardanti la light cone quantization siano di notevole rispetto. E forse anche i lavori sulla fusione a freddo degli ultimi anni meriterebbero di essere studiati e sviluppati.

Preparata stesso si definisce nella sua autobiografia scientifica uno scienziato eretico, polemista e controcorrente. Qual'è il suo ricordo su di lui?

Sì, era certamente eretico, polemista e controcorrente. Ma soprattutto scienziato. Mi ricordo delle lunghe discussioni di fisica. Mi ricordo delle sfuriate incredibili. Urlava così forte che spesso la gente fuggiva e poi lui tornava nel suo ufficio e diceva solo perché ho un tono di voce leggermente superiore alla media la gente abbandona la discussione. Così mi costringono a pensare che ho ragione io.... Mi ricordo che ci diceva che fare fisica non è un mestiere, ma una missione. Entrava decine di volte al giorno nel nostro ufficio per raccontarci un'idea nuova. A volte ci faceva una sfuriata perché lo contestavamo e dopo cinque minuti tornava raggiante perche gli era venuta un'altra idea. Incuteva timore ed entusiasmo nello stesso tempo. Purtroppo era quasi inevitabile dopo un po' di tempo litigare con lui.

Poi ricordo il suo laboratorio di via Ampère, a Milano, in cui faceva gli esperimenti sulla fusione a freddo. Sulla lavagna, un giorno in cui gli avevamo fatto perdere la pazienza perché il lavoro procedeva troppo lentamente secondo lui, scrisse: Il dilogo del GP [lui amava riferirsi a se stesso come al GP] 1) quando il GP parla, tutti lo devono ascoltare; 2) quando il GP dice una cosa, tutti devono eseguirla con assoluta priorità. Faceva parte dei suoi difetti e dei suoi pregi nello stesso tempo. Un'energia incredibile.

Grazie.

Bibliografia

  1. Cacciatori S., Preparata G., Rovelli S., Spagnolatti I., Xue S.-S., On the Ground State of Quantum Gravity. In Physics Letters B, vol. 427 (1998)
  2. Preparata G., Rovelli S., Xue S.-S., Gas of wormholes: A Possible ground state of quantum gravity. In General Relativity and Gravitation, vol. 32 (2000)