Il mistero della massa

Quando alle 2 a.m. del 4 luglio 2012 le due grandi collaborazioni scientifiche internazionali del CERN, ATLAS e CMS, comunicano la scoperta del bosone di Higgs emerge presto la consapevolezza che questa sia una delle scoperte più importanti e decisive del secolo.
Probabilmente grazie a questa scoperta nei prossimi anni riusciremo a chiarire un po’ di quei misteri che circondano forse la più importante misura della natura: la massa.
Ma cos’è esattamente la massa?
Partiamo intanto da cosa non è. Come ci insegnano fin dal liceo la massa non è il peso. Semplificando molto la massa è la quantità di materia presente in qualunque oggetto dell’universo, da una lattina di birra ad una stella, da un pianeta al fluido da barba.
Erroneamente molti associano al peso l’elemento in grado di “pesare” quanta materia c’è in un dato oggetto, ma come abbiamo detto massa e peso sono due cose diverse.
Quando nel 1969, l’uomo raggiunse per la prima volta il nostro satellite naturale, la Luna, Neil Armstrong che sulla Terra pesava circa 80 chilogrammi, se dopo il primo famoso “piccolo passo per l’uomo, grande passo per l’umanità” sul suolo lunare, avesse pensato di pesarsi, avrebbe scoperto di pesare soltanto 13 chilogrammi. Ma la quantità di materia del suo corpo sarebbe rimasta invariata. Il “trucco” sta nel fatto che il peso è una forza, mentre la massa non lo è.
In altri termini il peso è fortemente influenzato dal campo gravitazionale ed è per questo motivo che Armstrong ed Aldrin pesandosi sul suolo lunare che ha una forza di gravità di circa 1/6 inferiore a quella terrestre, avrebbero constatato un “dimagrimento” da far invidia alle migliori diete alimentari. La loro massa inerziale, ovvero la quantità di materia che costituiva i loro corpi, era invece rimasta del tutto invariata.
Non facciamoci ingannare però da un concetto apparentemente cosi lineare e semplice: massa = quantità di materia di un determinato oggetto.
In fisica le cose si complicano a partire dalla cosiddetta massa inerziale ovvero la resistenza al movimento di un oggetto a cui viene applicata una forza. Ma non finisce qui, quando trattiamo con buchi neri e galassie, abbiamo a che fare con la “massa gravitazionale” e la “massa gravitazionale passiva”, ma per il momento non addentriamoci oltre e rimaniamo fermi al concetto più semplice, massa = quantità di materia.
La massa non è energia, anche se abbiamo scoperto, grazie alla relatività di Einstein che in determinate condizioni la massa può trasformarsi in energia, ricordate l’equazione più celebre della storia dell’umanità, E=mc2?
Se volessimo convertire un chilogrammo di massa in energia secondo la formula einsteniana otterremmo 10.000.000.000.000.000.000 di joule (unità di misura dell’energia, del lavoro e del calore). Una quantità spaventosa di energia in grado di far viaggiare una sonda di 10 tonnellate al 99% della velocità della luce!
Il concetto di massa si complica ulteriormente se scendiamo a livello delle particelle elementari, allora assistiamo a sorprese che scopriremo in un prossimo post.