Dall'atomo ai quark; dai filosofi agli scienziati

Com'è dura la vita. Soprattutto se si tratta di un atomo che oggi compie 100 anni. Pochi sono infatti a conoscenza di quanto l'esistenza di questo minuscolo componente della materia sia stata complicata; più o meno quanto la struttura che lo costituisce.

Lo scetticismo nei suoi confronti è stato superato solo nell'Ottocento, grazie a John Dalton, seguito nel 1900 da molti altri, tra i quali Einstein e Rutherford. Peccato che, secoli prima, qualcuno ne avesse già dichiarato l'esistenza: Democrito e Lucrezio. Il filosofo Democrito aveva basato il suo intero pensiero sull'atomo, considerandolo elemento “indivisibile”, sempre uguale a se stesso e alla base di tutta la materia esistente; l'autore latino, Lucrezio, aveva lasciato ampio spazio alla questione atomica nel suo scritto 'De rerum natura', sostenendo l'esistenza di tale elemento attraverso varie analogie visibili all'occhio umano. Pur forte di tali divulgazioni, l'esistenza di questo incredibile corpuscolo non fu accettata fino a quando, finalmente, gli scienziati moderni non ne diedero prova certa: Albert Einstein, basandosi sugli studi di Galileo, Dalton e Brown, nel 1905 eliminò ogni dubbio grazie al suo lavoro “sul moto di piccole particelle in sospensione nei liquidi a riposo”.

Il problema fondamentale dell'atomismo riguarda la struttura che costituisce l'atomo: Lucrezio lo considerava composto da uncini, mentre Dalton pensava a palle da biliardo. La situazione si è fatta più complessa quando Thomson ha scoperto la divisibilità dell'atomo in particelle più piccole riconosciute da allora come protoni, positivi e pesanti, ed elettroni, negativi e leggeri. Questa concezione ha portato il fisico a proporre un modello in cui gli elettroni, come “uvetta”, risultano inseriti nel nucleo, ossia il “panettone”; il famoso “Panettone” di Thomson, insomma.

La svolta è avvenuta con Rutherford il quale ha scoperto come la maggior parte di particelle alfa leggere sparate verso una lamina sottilissima di materiale pesante, ad esempio l'oro, la attraversino senza problemi; solo una piccola percentuale, infatti, risulta essere deviata. Dunque la materia deve essere soprattutto vuota.
Il compleanno dell'atomo è però il 1911 quando lo stesso scienziato ha proposto il modello planetario, attualmente superato perchè ritenuto poco stabile e poiché gli elettroni non sono palline ma bensì nubi. Tale modello di fatto prevede una sorta di sistema solare in miniatura con un nucleo al posto del Sole, composto da protoni e neutroni, e un sistema di elettroni orbitanti intorno ad esso, come i pianeti.

La complessità della struttura atomica non termina qui: negli anni Sessanta si è osservato che protoni e neutroni sono a loro volta composti da particelle, conosciute ora come quark. Essi sono puntiformi, scoperti mediante l'acceleratore lineare di Stanford, dove gli elettroni ad alta energia rimbalzano contro il protone dopo essere stati scagliati.

Inoltre è provato che le leggi alla base delle interazioni fra quark sono simili a quelle tra cariche elettriche.
Fino ad ora non sono stati rilevati componenti più piccole dei quark e dunque pare che si sia giunti alla totale scoperta degli elementi presenti nell'atomo.

I misteri ancora irrisolti riguardano la materia oscura e l'energia oscura che formano l'universo; infatti la materia a noi conosciuta, quella composta da atomi, occupa solo il 5% dell'energia contenuta nel cosmo.
La scoperta di com'è effettivamente fatta la materia oscura non sembra molto lontana nel tempo, mentre per quanto riguarda l'energia oscura potrebbe essere una delle sfide più grandi nella scienza del XXI secolo.