STAGES PER STUDENTI DI SCUOLA SECONDARIA
DI SECONDO GRADO
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STAGES INVERNALI 2009
2 febbraio - 20 maggio

Mark Jackson è un fisico teorico che attualmente sta lavorando sulla Teoria delle Superstringhe presso il Lorents Institute, The Netherlands

Questa è l'intervista che Mark Jackson ci ha inviato per e-mail, in cui parla della sua vita e del suo lavoro.

Sono nato e cresciuto a Portland, Oregon, USA; Bachelor of Science in fisica e matematica all'Università di Duke, Dottorato in fisica teorica alla Columbia University, la mia tesi fu "Brane Gas Cosmology in Superstring Theory" con il professor Brian Greene; prima posizione di ricerca post-doc al Fermilab di Chicago, quindi al Lorentz Institute per fisica teorica nei Paesi Bassi.

Q: Come e perchè ha deciso di studiare fisica e qual è il ricordo più bello della sua vita da studente?

Mi sono sempre chiesto il "perchè" delle cose. Mi divertivo parecchio ad armeggiare con kit di costruzione e specialmente circuiti elettrici e   avevo molte molte domande per i miei genitori. Crescendo mi sono appassionato alla comprensione di quesiti sempre più difficili. E' stato molto eccitante vedere come la maggior parte di questi interrogativi avesse risposta e che questa risposta fosse data dalla fisica. Alle scuole superiori intrapresi fisica e mi piacque molto. Dissi al mio insegnante che volevo approfondirne lo studio al college. La sua risposta fu che gli scienziati avevano già svelato e spiegato tutti gli aspetti più intriganti della materia, in fondo non rimaneva più tanto da studiare e che quindi avrei dovuto dedicarmi ad ingegneria. Invece esistevano sempre nuove cose che avrebbero potuto essere inventate usando le leggi della fisica! Così trascorsi il primo anno del college come uno studente di ingegneria elettronica, ma l'odiavo completamente. Sarebbe stata una scelta corretta se l'interesse nella scienza fosse stato trovare un anonimo lavoro di routine in cui ci si concentra primariamente nel piazzare un prodotto (da cui è possibile trarre profitto), senza correlazioni con il trovare la risposta al "perché le cose accadono?". L'estate dopo il mio primo anno di università dovetti assolvere un incarico di ricerca per conto della NASA, dove per la prima volta ero circondato da fisici, studenti e professionisti. Mi fu immediatamente chiaro a quale realtà appartenessi. Il primo giorno quando tornai al college come studente di secondo anno, cambiai facoltà e mi iscrissi a fisica con molta soddisfazione.

Q: Quali difficoltà ha dovuto affrontare nella sua carriera e qual è stato l'episodio più entusiasmante?

La più difficile e complicata cosa che uno scienziato deve fare è procurarsi un buon advisor; il mio fu un po' accidentale. Stavo svolgendo il mio lavoro pre-laurea all'università di Duke in North Carolina e non avevo mai sentito parlare di stringhe fino al terzo anno di università, quando condussi un progetto di ricerca con un fisico delle stringhe davvero brillante, Ronen Plesser. Sebbene non conoscessi nulla sulle stringhe, Ronen mi ispirò profondamente e immaginai che, se una personalità del calibro di Ronen era così presa dalla materia, allora ne valeva davvero la pena. Dopo il Bachelor of Science mi incoraggiò ad andare alla Columbia per lavorare con un suo collega, Brian Greene. Ciò avvenne pochi mesi prima che il libro di Brian uscisse, così avevo solo vagamente sentito parlare di lui poichè aveva tenuto un corso video di matematica con Duke. L'idea mi stuzzicava e così arrivai alla Columbia in estate, dopo che il libro era già stato pubblicato. Ovviamente significava che ogni studente voleva lavorare con lui e così dovetti lavorare duramente per qualificarmi quel primo anno. Ma alla fine mi prese con se come studente e penso che sia stato un buon abbinamento. Inoltre sono stato probabilmente l'unico che poteva vedere il suo advisor sul The Colbert Report o in film come Frequency. Non molti studenti ricevono mail dal loro professore riguardo un saggio tecnico su cui stavamo collaborando con un postscriptum alla fine: " Sarò al David Letterman show stasera se ti capita di guardarlo"!
L'episodio più eccitante della mia carriera fu quando mi ero appena laureato. Riuscii a visitare la University of California a Santa Barbara per un po' di mesi e fui coinvolto in una collaborazione che riguardava superstringhe cosmiche. Sono stringhe di ordine di grandezza astronomico che ipoteticamente possono essere state generate nei momenti immediatamente successivi alla formazione dell'Universo, ma sono rimaste allungate nei cieli. Oscillano alla velocità della luce e così emettono enormi quantità di radiazione gravitazionale che potremmo forse individuare in un futuro alquanto prossimo. La nostra ricerca fu la prima misurazione di come si potrebbe fare uso di queste stringhe per imparare sulla teoria delle stringhe e così è davvero eccitante pensare che noi potremmo presto vedere una stringa e che i nostri calcoli potrebbero essere serviti a provare la teoria stessa.

Q: Su cosa sta lavorando attualmente?

Lavoro sulla "Teoria delle Superstringhe" in particolarecome su come potremmo determinare se essa è corretta sulla base di esperimenti cosmologici. La teoria ci permette, per la prima volta, di parlare della gravità quantistica in una maniera precisa. Di solito quando facciamo fisica, consideriamo solo la meccanica quantistica ( basse energie o piccole distanze ) o solo la gravità ( grandi distanze o grandi energie ), poiché non esiste modo di raccordarle. Ma ciò presuppone particelle puntiformi e quando noi assumiamo che esse siano in realtà solo piccole stringhe, ne risulta che deve esistere una gravità quantistica. È davvero uno strumento importante poiché abbiamo due casi in cui utilizziamo la gravità dei quanti per comprendere qualcosa: il centro dei buchi neri ed il primo momento dell'universo (big bang). Così la teoria ci permette di studiare modelli precisi dei primi momenti dell'universo, il che è alquanto straordinario. Ci permette anche di studiare l'universo nella sua interezza di entità (per esempio, forse esso è solo una membrana in un più vasto mare multi-dimensionale che contiene altre membrane).

Q: Quale crede possa essere la prossima scoperta in fisica?

Penso che vedremo presto una formulazione della "Grand Unified Theory", almeno nella sua forma base. Ovviamente non avremo tutti i dettagli definiti, ma non sembra impossibile avere delineata un'idea di fondo in un prossimo futuro. Per capire si consideri la chimica. La gente era molto confusa sull'esistenza di alcuni elementi nel mondo e perché essi posseggono quelle determinate proprietà di base. Quindi è stato approntato il modello dell'atomo con l'elettrone che si muove in "orbite" attorno al nucleo e ciò ha portato immediatamente alla Tavola Periodica, che esplicitamente indica quali elementi esistono e perché hanno le loro qualità. Indubbiamente ci sono ancora delle lacune da colmare, ma una volta che si possiede l'idea di fondo, si sa di cosa stai parlando. Al momento, in fisica, noi stiamo ancora provando a definire la "Tavola Periodica" di particelle e forze, ma penso che ciò avverrà nell'arco di tempo di una vita e che avrà a che fare con la teoria delle stringhe.

Q: Quale ritiene sia stata la scoperta più grande in fisica e qual è il suo scienziato preferito?

La migliore scoperta di sempre è il thermos. Quando vi metti liquidi caldi, rimangono caldi; quando metti liquidi freddi, rimangono freddi. Scherzo... Il mio scienziato preferito è Emmy Noether, la quale ha effettuato la migliore scoperta di sempre quando ha realizzato la relazione fra simmetria e quantità conservate. Come tutte le grandi innovazioni, essa è al tempo stesso pratica ma anche elegante e logica. Quando sei uno studente alle prime armi, consideri esclusivamente le implicazioni pratiche e cioè che la conservazione dell'energia, la quantità di moto, la carica ecc... ti permettono di risolvere facilmente problemi, ma appare miracoloso come queste cose possano essere costanti. È necessario aspettare un po' più di anni per imparare "perché" accada così- che esiste cioè una simmetria associata con la quantità, dove per simmetria intendo un'operazione matematica che lascia la fisica inalterata. Un semplice esempio è la simmetria della traslazione nello spazio. Se io conducessi un esperimento in un qualche luogo, e quindi mi spostassi un poco, non assumerei cambiate le leggi della fisica. Questa banale osservazione sembra apparentemente scontata, se non fosse che nelle formule matematiche implica la conservazione della quantità di moto. Un'affermazione analoga riguardo il tempo, comporta la conservazione dell'energia. Mentre queste sono simmetrie più che ovvie, ne esistono varietà più astratte e la moderna fisica teorica è in realtà solo lo studio di queste simmetrie. Così non è davvero un'esagerazione sostenere che Emmy Noether inventò la fisica come noi la concepiamo. Tuttavia i suoi meriti presso il grande pubblico non sono neanche paragonabili a quelli di Newton o Einstein.

Q: Quanto è importante la collaborazione nella ricerca scientifica anche tra nazioni diverse?

Lavoro in un dipartimento con altri fisici teorici, ma in una varietà di specializzazioni: la mia è la cosmologia delle superstinghe, alcuni fanno fenomenologia (interpretazione e ideazione di parametri per i risultati degli esperimenti), astrofisica, modelli di gravità alternativa, ecc... Parlo con loro più che posso per acquisire nuove prospettive, ma è davvero flessibile la mia scelta di un collega di lavoro. A volte ho trovato alquanto utile lavorare lavorare insieme a qualcunaltro (poiché entrambi arricchiamo di strumenti e conoscenze il tavolo di lavoro), ma altre volte ho trovato più pratico e veloce lavorare su un progetto da solo (poiché i miei collaboratori potrebbero essere impegnati su altri incarichi).  

Q: Come si definisce uno scienziato e in che modo talento, intuizione e studio influiscono sulla sua professione?

Uno scienziato è semplicemente una persona che prova a determinare le leggi che regolano la Natura. Ovviamente, poiché la matematica è il linguaggio che codifica l'universo, egli necessita di buone abilità matematiche, ma, al di là di questo fondamento, il suo compito può esser svolto in diversi modi -intuizione, studio, deduzione, indovinando e così via. La sola regola è che le sue idee devono essere coerenti con la realtà. Se la sua teoria non ha un riscontro nel mondo reale, allora è sbagliata, indipendentemente da quanto egli desideri sia giusta. Per quel che concerne quanto talento, intuizione e studio influiscano la professione dello scienziato, ciò dipende dallo scienziato stesso. Spesso qualcuno con grandi doti intuitive nota una connessione fra due idee, le quali non hanno fra di loro alcun apparente legame, ma egli non riuscirà a rendere questo legame del tutto scientificamente rigoroso. Allora altri con un talento "più tecnico" potranno colmare le lacune e formare un'immagine dettagliata. Abbiamo bisogno di tutti i tipi.

Q: Quali sono i suoi hobbies e passioni e quale libro ci consiglia di leggere

Ho hobbies e interessi abbastanza ordinari- amo guardare film (specialmente commedie), sono un po' un ossessionato di Wikipedia e amo viaggiare (soprattutto in Italia). Il mio libro preferito è "The Time Traveler's Wife" di Audrey Niffenegger. Lo raccomanderei caldamente a tutti - in particolare prima che esca il film questo anno!

Q: Come vede il futuro della ricerca in questo periodo di crisi economica mondiale?

Il principale costo della scienza risiede nell'approntare esperimenti. I fisici teorici necessitano solamente di gesso per la lavagna, che è abbastanza economico! Fortunatamente i due grandi esperimenti fondamentali nel mio campo sono già realizzati - il Large Hadron Collider e il Planck Satellite. Il LHC dovrebbe ripartire in Settembre ( dopo un anno di ritardo dovuto al malfunzionamento lo scorso autunno ) e il Planck dovrebbe essere lanciato agli inizi del mese prossimo. La grande maggioranza della spesa è già stata effettuata al momento del loro design e costruzione e una volta operativi sono davvero poco costosi. Penso che in questo ambito non avremo problemi. La sola preoccupazione sarebbe quante nuove posizioni in facoltà saranno disponibili se le Università riducono i fondi così come se dovessero drasticamente diminuire i fondi governativi o le donazioni private. Poiché studenti continueranno a frequentare le Università e avranno ancora bisogno di insegnati, penso che la situazione si manterrà abbastanza stabile.