La matematica astratta può aiutare i fisici a capire meglio

Il dott. Brown non crede nelle barriere artificiali. Infatti, il suo progetto "Periods in Algebraic Geometry and Physics" (PAGAP), finanziato dal CER, consiste in gran parte nel prendere delle idee matematiche astratte e applicarle alla fisica delle particelle. Questa branca della fisica è venuta alla ribalta grazie alla scoperta nel 2012 del bosone di Higgs, che ha contribuito a confermare il modello standard del funzionamento dell'universo.

"L’acceleratore funziona facendo sbattere delle particelle tra loro e osservandone I pezzi", spiega il dott. Brown. "Questo comporta un enorme sforzo pratico, ma occorre anche la teoria. Si deve prevedere con precisione cosa ci si aspetta di trovare - usando le leggi già note della fisica - e poi effettuare degli esperimenti per individuare qualsiasi differenza".

La matematica che viene usata per questi calcoli è incredibilmente complessa, ed è qui che entra in scena il dott. Brown. Per pura coincidenza, I numeri necessari erano di fatto stati scoperti circa 300 anni fa da Leonhard Euler, un matematico e fisico svizzero, ed erano stati apprezzati per la loro attrattiva estetica piuttosto che per la loro utilità. "Ma si è scoperto che questi sono esattamente I numeri necessari per descrivere quello che noi pensiamo stia accadendo", osserva. A partire da questi numeri - chiamati valori zeta - il dott. Brown ha sviluppato un'intera teoria che consente di fare delle previsioni teoriche in modo più veloce ed efficace.

"Benché di solito non vengano messe assieme la teoria e la pratica in un solo progetto, questo è proprio ciò che rende PAGAP interessante", spiega il dott. Brown. "Il progetto rispecchia anche un cambiamento nel rapporto tra la matematica e le altre scienze".

Il volto mutevole della matematica

Infatti il dott. Brown, il quale ha ottenuto una sovvenzione del CER di poco superiore a un milione di euro, sta contribuendo a ridurre la divisione storica tra matematici e fisici che ancora in parte perdura. "Bisogna risalire ai tempi di Newton, quando molti di questi scienziati non avrebbe fatto alcuna distinzione tra le due discipline", dice il dott. Brown. Il recente interscambio tra matematica e fisica può essere anche osservato nel fatto che il termine "quanto", che solitamente riguarda la fisica subatomica, viene adesso applicato anche a diverse branche della matematica.

Il dott. Brown fa notare che recentemente in Europa il numero dei matematici è notevolmente aumentato. La caricatura del matematico solitario che scarabocchia equazioni su una lavagna davanti a un'aula vuota non è più valida; la matematica è un campo strapieno di nuove idee.

La matematica può anche allargare gli orizzonti. La stessa carriera del dott. Brown lo ha portato dal Regno Unito, dove è cresciuto e ha conseguito la laurea, all'École Normale Supérieure (ENS) di Parigi, dove ha ottenuto il suo dottorato. "Mia madre è francese e avevo sempre voluto andare in Francia", dice il dott. Brown. "Per una fortunata coincidenza, Parigi era il posto migliore dove studiare quello che volevo fare". Egli fa risalire il suo interesse iniziale per la materia alla carenza di computer decenti a scuola, che lo obbligò a imparare come programmare all'età di 11 anni per poter giocare ai videogiochi.

Mentre col passare del tempo sorgono nuove idee, mode passeggere e tendenze, c'è qualcosa di irriducibile che caratterizza la matematica. Senza una comprensione di base, I ricercatori non possono fare nulla di quantitativo. Questo ci riporta alla convinzione del dott. Brown sulla futilità di dividere la matematica in quella puramente astratta e quella puramente pratica. Grazie al suo progetto CER, egli è riuscito a dimostrare che persino I modelli teorici più oscuri sviluppati nei secoli passati, possono aiutare gli scienziati moderni a rispondere ad alcune delle domande più urgenti riguardanti proprio la natura dell'universo.

Dettagli del progetto

Area di ricerca: Matematica
Ricercatore principale: Dott. Francis Brown
Istituzione ospitante: Institut des Hautes Etudes Scientifiques (IHÉS), Francia
Progetto CER: Periods in Algebraic Geometry and Physics (PAGAP)
Bando CER: Starting grant 2010
Finanziamento CER: 1 milione di euro per cinque anni

Collegamenti:

Pagina web del ricercatore
Dott. Francis Brown: Video su aspetti dell'algebra geometrica