IO CE L’HO FATTA – Storie italiane di successi accademici e professionali in Germania
Alberica Toia è professore di Fisica nucleare sperimentale presso l’Università Goethe di Francoforte, associata al laboratorio GSI di Darmstadt. Da dieci anni vive in Germania ed è mamma di tre figli. Per la nostra rubrica le abbiamo posto alcune domande.
Dr. Toia, lei è nata e cresciuta in Italia ci racconti un po’ della sua vita.
Sono nata e cresciuta a Milano in una bella famiglia numerosa. Ho studiato al liceo classico e poi mi sono iscritta a fisica. Ho sempre avuto molti interessi per molte cose, tutte diverse tra di loro: fisica, viaggi, politica, letture, sport. Mi è sempre piaciuto cambiare orizzonte… Tiene presente quella sensazione di spaesamento che si prova quando ci si trova in una città sconosciuta?
Da dove nasce questo interesse e passione per la fisica nucleare sperimentale?
Direi prima di tutto dalla curiosità. Curiosità di capire i meccanismi dei fenomeni e degli strumenti intorno a noi, poi il desiderio di provarli e smontarli, cambiare e riprovare. Questi sono gli ingredienti base. Avendo studiato al liceo classico, ho incontrato la fisica solo verso la fine della mia carriera liceale. Ma mi è subito piaciuto il suo carattere generale, l’ambizione di comprendere i principi primi e le leggi universali che regolano l’Universo, la profondità e la bellezza del linguaggio matematico, la solidità intellettuale del metodo scientifico.
Chi sono state le persone che più hanno inciso nell’aiutarla a trovare la sua strada professionale?
Il mio insegnante di fisica al liceo, molto bravo non solo a spiegare la fisica, ma soprattutto a farci giocare con la scienza. Ricordo una bellissima gita di classe al CERN, ma anche pomeriggi passati a montare e smontare strumenti forse un po’ vecchi e desueti che aveva recuperato in qualche cantina del CERN, che ovviamente non hanno mai più funzionato… La mia relatrice di tesi, che mi ha aiutato a scegliere, tra le tante possibili dopo la laurea, una strada che portasse in una direzione che mi era congeniale. Ma anche tanti dei miei supervisors. Ogni persona che incontri ha qualcosa da insegnarti. E trovare la propria strada professionale significa semplicemente decidere cosa si vuole imparare da chi. È importante secondo me non smettere mai di imparare. E appena si impara qualcosa, insegnarla a qualcun altro.
Dopo il suo Master ha proseguito il dottorato di ricerca a Giessen, partecipando all’esperimento Hades. Perché ha deciso di venire in Germania è stata una sua scelta?
Quella è stata la strada che la mia relatrice di tesi mi ha aiutato a trovare. Avevo già studiato un anno all’estero, con il progetto ERASMUS, avevo già capito che la mia casa era il mondo e che, insieme alla fisica, avrei voluto esplorare anche quello. In Germania avevo fatto parte della mia tesi di laurea, e mi ero trovata molto bene. Mi interessava proseguire in questi studi. Le opportunità erano buone e il lavoro interessante.
Parliamo ora del suo lavoro. Dopo anni di studi trascorsi a New York, ritorna in Germania e inizia a lavorare presso l’Università Goethe di Francoforte occupandosi dell’esperimento ALICE a LHC (CERN) e dell’esperimento CBM al GSI/FAIR. I suoi principali argomenti di ricerca sono gli studi della materia nucleare nelle condizioni estreme di temperatura, densità, ecc… Ci spieghi esattamente di cosa si tratta.
Spesso i ricercatori viaggiano per inseguire la loro ricerca. Dopo il dottorato sono andata negli Stati Uniti, dove c’era un acceleratore più potente (il più potente all’epoca per i grandi nuclei atomici) che era appena entrato in funzione. L’esperienza americana è stata molto interessante, sia dal punto di vista scientifico che culturale e sociale. Dopo gli anni negli Stati Uniti sono stata diversi anni al CERN. Lì cominciavano gli esperimenti con LHC, l’acceleratore più potente mai costruito. Era una frontiera inesplorata, energie mai viste, studi mai pensati. Sono stati anni eccitanti e bellissimi. LHC è nato per raggiungere le energie altissime per produrre e misurare il bosone di Higgs, l’ultimo (sarà davvero l’ultimo?) componente che mancava al modello Standard delle particelle, il modello che descrive le particelle elementari e le forse che le legano. Il bosone di Higgs, previsto ma non ancora misurato, è la particella primordiale responsabile di dare massa a tutte le altre. L’esperimento su cui lavoro io invece usa le collisioni di nuclei grandi per produrre il Quark-Gluon Plasma, un plasma di quark e gluoni non legati che esiste solamente quando la materia nucleare è molto calda (parliamo di cinque mila miliardi di gradi!), appunto nei primissimi istanti di vita dell’Universo (parliamo di 15 miliardi di anni fa).
Mentre il CMB (Compressed Baryonic Matter) cosa è?
Il Quark-Gluon Plasma in verità esiste non solo quando la materia nucleare è molto calda, ma anche quando è molto densa (e qui parliamo di 200 milioni di tonnellate per centimetro cubo, circa la massa di uno o due Soli concentrata in un volume pari a quello della città di Francoforte). Queste sono le densità delle stelle di neutroni, che sono gli oggetti con più alta densità di materia nell’Universo, subito dopo i buchi neri. Queste densità sono raggiungibili solo utilizzando gli acceleratori, come quelli al GSI o in costruzione nel nuovo progetto FAIR qui a Darmstadt. CBM è un esperimento che misurerà le collisioni di nuclei a FAIR. In questo esperimento io lavoro al rivelatore di tracciamento. Questo rivelatore ricostruisce la traiettoria delle particelle. Se vogliamo, possiamo pensarlo come una gigantesca macchina fotografica, o addirittura una videocamera. Noi dobbiamo ricostruire in tempo fino a 10 milioni di collisioni al secondo, e in ognuna di queste collisioni ricostruire fino a 1000 traiettorie, con un rivelatore che ha quasi 2 milioni di canali di lettura.
Perché vengono fatti questi esperimenti?
La fisica usa gli acceleratori per portare i nuclei atomici in diverse condizioni di temperatura e pressione, esattamente come quando per studiare i legami molecolari dell’acqua la si scalda o si raffredda per studiarne il diagramma di fase. Solo che con gli acceleratori si raggiungono situazioni molto più estreme, per esempio come quelle raggiunte pochi istanti dopo il Big Bang, o all’interno delle stelle di neutroni. È importante capire la materia nucleare perché è la materia di cui siamo fatti, le sue componenti fondamentali. E se è vero che la conosciamo abbastanza bene in condizioni “normali”, non la conosciamo altrettanto bene in condizioni “estreme”.
Cosa si può affermare con certezza sulla base dei dati raccolti e cosa c’è ancora da scoprire?
Abbiamo un modello per descrivere la fisica delle particelle (il modello Standard) che funziona abbastanza bene. Ma descrive solamente la materia ordinaria, che è pari solamente al 5% della massa dell’Universo. Tutto il resto dov’è? La materia oscura, l’energia oscura? Come si comporta e perché non lo vediamo? Riusciamo a seguire solo in parte l’evoluzione dell’Universo, dal Big Bang ai giorni nostri. In alcuni angoli ci perdiamo, quello della materia oscura per esempio, ma anche il mistero dell’antimateria, e i buchi neri, cosa c’è dentro e cosa c’è oltre…
Ultima domanda. Come mai viviamo in un universo di materia e non di antimateria. Esiste una spiegazione fisica?
Anche se il nome sembra fantascientifico, l’antimateria è semplicemente composta da particelle “opposte” a quelle ordinarie, cioè con la stessa massa ma carica opposta. Quando una particella di materia incontra il suo opposto, annichilano, e si produce energia. Nei primi istanti di vita dell’Universo, subito dopo il Big Bang, l’antimateria non era così rara, anzi, si produceva tanta materia quanto antimateria, eppure oggi l’antimateria è scomparsa. Quando e perché sono tra gli interrogativi più intriganti che si vogliono scoprire con questi esperimenti. Finora si sono trovate alcune differenze nei decadimenti delle particelle che favoriscono la produzione di materia rispetto all’antimateria, ma sono piccole differenze, e non sembra possibile che possano essere responsabili della sua totale scomparsa. Quindi bisogna continuare a cercare di capire se e perché l’antimateria sia meno resiliente della materia. Oppure se invece magari esiste ancora, in una galassia lontana lontana nell’Universo…
