SCIENZAinDIRETTA/ Premi Nobel Fisica 2021 – Comprendere i sistemi fisici complessi

- Giovanni Cicuta

L’autore presenta la complessa attività scientifica di Giorgio Parisi, fisico teorico dell’Università degli Studi “La Sapienza” di Roma.

parisi aper 640x300
(da sinistra): Giorgio Parisi, Klaus Hasselmann, Syukuro Manabe

L’Accademia Reale Svedese delle Scienze ha assegnato il Premio Nobel per la fisica 2021 «for groundbreaking contributions to our understanding of complex physical systems». Una metà è stata assegnata congiuntamente a Syukuro Manabe, fisico giapponese naturalizzato statunitense, e Klaus Hasselmann, climatologo, fisico e meteorologo tedesco, «for the physical modelling of Earth’s climate, quantifying variability and reliably predicting global warming» e l’altra metà al fisico italiano Giorgio Parisi «for the discovery of the interplay of disorder and fluctuations in physical systems from atomic to planetary scales». In questo articolo l’autore tratteggia la vita scientifica di Parisi, variegata e complessa, che lo ha visto anticipatore e protagonista dei profondi mutamenti dei paradigmi nell’ambito della fisica contemporanea.

 

All’inizio di novembre 2021, il comitato per il premio Nobel 2021 ha assegnato metà del premio a Giorgio Parisi per le sue scoperte sull’interazione tra disordine e fluttuazioni nei sistemi fisici dalla scala microscopica alla scala macroscopica. L’altra metà del premio è stata assegnata a Syukuro Manabe e Klaus Hasselmann per la loro modellizzazione del clima terrestre. Il premio a Giorgio Parisi ha suscitato vasti consensi in Italia e all’estero. In Italia ha anche alimentato la speranza di una maggiore attenzione ai problemi della scuola, dell’università e della ricerca scientifica, da parte della società e del parlamento.

Questa nota si concentra sui contributi scientifici di Giorgio Parisi. I contributi importanti sono molti, in un vasto arco di tempo, su argomenti molto diversi. È utile richiamare molto brevemente l’evoluzione di due fenomeni che hanno influito sulla scienza nella seconda metà del secolo scorso in tutto il mondo: l’evoluzione di Big Science e la dialettica fra riduzionismo e sistemi complessi. Infatti la vita scientifica di Giorgio Parisi è stata influenzata e a sua volta influenzò questi mutamenti del mondo scientifico.

 

Da Big Science a Big Data. Il riduzionismo in fisica e i sistemi complessi

A metà del novecento la fisica nucleare godeva di un prestigio assoluto. L’impressionante potenza per uso bellico e le grandi promesse di produzione di energia, di applicazioni in medicina e in agricoltura hanno convinto i governi di tutto il mondo a riservare a questa disciplina risorse molto grandi. Sull’esempio di Oak Ridge, Los Alamos e del Radiation Laboratory del Massachusetts Institute of Technology (MIT), sorsero il Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), di Ginevra, e molti laboratori di acceleratori nel mondo. Questo nuovo stile di ricerca scientifica, caratterizzato da grandi strumenti, sostenuto da ingenti finanziamenti nazionali o internazionali, condotto da molte centinaia di ricercatori, fu chiamato Big Science.

Nelle università italiane, dal 1960 al 1980, moltissimi fra i giovani più brillanti sceglievano la fisica delle alte energie, sperimentale o teorica, per laurearsi e iniziare la loro carriera accademica. La teoria che interpretava la fisica subnucleare era la teoria quantistica dei campi; dal 1970 a oggi questo è il linguaggio comune ai fisici teorici delle alte energie. Lo stato italiano, analogamente ad altri stati europei, creò enti appositi per lo sviluppo dei reattori nucleari e l’ Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) per la ricerca di frontiera nella fisica nucleare e sub-nucleare.

Giorgio Parisi si laureò a Roma nel 1970 con Nicola Cabibbo (1935-2010). Nel decennio successivo fu ricercatore dell’INFN; da subito era stato riconosciuto e stimato come molto brillante. In quel decennio Parisi fu autore di oltre sessanta lavori, prevalentemente nella teoria quantistica dei campi chiamata cromodinamica quantistica. Fra questi, è molto noto il lavoro del 1977 con Guido Altarelli (1941-2015), dove sono presentate equazioni integro-differenziali che determinano la variazione della densità di probabilità di un partone (quark o gluone) al variare della scala di energia, equazioni rimaste uno strumento teorico ancora utilizzato. Nel 1970 Kurt Symanzik (1923-1983) aveva mostrato che le teorie di campo quantistiche erano anche modelli di meccanica statistica classica di equilibrio. In pochi anni, centinaia di fisici teorici delle alte energie in tutto il mondo scoprirono di avere gli strumenti teorici per la dettagliata descrizione (gli esponenti critici) di transizioni di fase in sistemi magnetici e fluidi di varie densità. Parisi partecipò da protagonista all’uso di tutte le tecniche note della teoria quantistica dei campi, allo studio di modelli di meccanica statistica e, inversamente, ai suggerimenti di quest’ultima al possibile comportamento non-perturbativo della teoria di campo.

All’inizio degli anni Ottanta, Parisi iniziò, in parallelo, due serie di lavori che ebbero una grande influenza nei decenni successivi. Incuriosito dall’effetto che il disordine poteva provocare nelle transizioni di fase di sistemi magnetici, iniziò uno studio su sistemi magnetici disordinati, chiamati «vetri di spin». Per alcuni anni da solo, poi dal 1979 al 1984 con Marc Mezard e Miguel Virasoro, pervenne a una soluzione del modello di campo medio di questi sistemi, con aspetti termodinamici inattesi. Questi lavori e la innovativa tecnica usata, detta rottura di simmetria delle repliche, furono studiati da centinaia di ricercatori nei decenni successivi. A Parisi vennero conferiti importanti premi scientifici, Premio Feltrinelli 1986, Medaglia Boltzmann 1992, Premio Italgas 1993; le motivazioni di questi premi fanno principalmente riferimento a questi lavori.

 

Vai al PDF per l’INTERO articolo

 

Giovanni Cicuta

( Fisico, già Ricercatore INFN e Professore di Fisica Teorica)

 

© Rivista Emmeciquadro

 







© RIPRODUZIONE RISERVATA