La testimonianza di Sauro Succi
Sono tanti i ricercatori di IIT che hanno sottolineato il valore del Premio Nobel per la Fisica 2021 a Giorgio Parisi, il fisico teorico italiano, 73 anni, professore ordinario di Fisica Teorica alla Sapienza Università di Roma, ricercatore associato all’INFN, dal 2018 al 2021 Presidente dell’Accademia dei Lincei, oggi Vicepresidente e Presidente della Classe di scienze Fisiche, Matematiche e Naturali. Liberato Manna sul suo canale Twitter ha scritto “I can’t find the words to express my joy! Another great reason to promote science and research in Italy much further than is currently done!”; Alberto Diaspro ha riassunto l’entusiasmo con un “Immenso Giorgio Parisi”. Anche il Direttore Scientifico Giorgio Metta ha inviato al vincitore un messaggio di felicitazioni, (cfr.magazine OpenTalk.) Mentre la notizia si faceva largo sulle testate nazionali e internazionali, tra sorpresa, soddisfazione e commozione, noi raggiungevamo telefonicamente Sauro Succi, Principal Investigator di IIT e Visiting Professor alla Harvard University, pioniere ed esperto internazionale di uno dei metodi computazionali per lo studio dei sistemi complessi – il metodo “Lattice Boltzmann” ampiamente usato in tutto il mondo – per farci raccontare in modo semplice il lavoro di Parisi.
Sauro, conosci Giorgio Parisi da molto tempo, cosa significa l’assegnazione di questo premio?
Verso Giorgio Parisi nutro non solo una grande stima ma anche altrettanto affetto e sono davvero felice per questo risultato. Si tratta di un premio importante, non solo perché è un italiano ad averlo vinto, ma perché si tratta di un ricercatore che non ha mai lasciato l’Italia. Altri Nobel Laureate italiani avevano scelto di lavorare in altri paesi. Parisi ha costruito una scuola e ha cresciuto generazioni di studenti di grandissimo livello, molti dei quali oggi affermati all’estero ma diversi anche in Italia. Da questo punto di vista tale premio ha un valore speciale per la scienza italiana e per il nostro Paese in generale.
Il Premio Nobel per la fisica 2021 è stato assegnato a Parisi, insieme a Syukuri Manabe e Klaus Hasselmann, per le scoperte significative nell’indagare i sistemi fisici complessi, come per esempio il comportamento atomico nei materiali o la fisica del clima della terra. Durante l’acclamazione , è stato citato il lavoro di Parisi sul vetro di spin, ovvero un modello magnetico del vetro che rappresenta uno specifico sistema complesso. Puoi spiegarci tale modello?
I vetri di spin sono un modello per i vetri, cioè sostanze amorfe il cui stato della materia non è ancora compreso del tutto, poiché sono tra stato solido e liquido. Il vetro ci sembra un solido, ma se si osserva a livello molecolare sembra un liquido. Parisi ha descritto i cosiddetti meccanismi di frustrazione del vetro, ovvero i vincoli a cui la struttura del vetro è soggetta e che non possono essere soddisfatti tutti nello stesso momento. Da qui l’uso del termine “frustrazione”, proprio come quando nella vita non si riesce a fare qualcosa a causa di certi impedimenti. I lavori di Parisi dimostrano l’importanza di questi meccanismi di frustrazione per il vetro. Nel modello di vetro di spin i vincoli vengono applicati all’orientamento degli spin che sono alla base del comportamento dei materiali magnetici; gli spin sono come delle piccole trottole che si orientano in su o in giù a seconda del campo magnetico esterno. L’interazione di queste piccole trottole genera un meccanismo di frustrazione, poiché alcune trottole preferiscono stare nello stesso stato delle trottole vicine – su quando il vicino è su e giù quando il vicino è giù – mentre altre invece amano avere lo stato opposto rispetto al loro vicino. Nel primo caso le trottole cooperano e nel secondo invece competono ed è questa coesistenza che rende la configurazione disordinata e complessa. È come far sedere a tavola delle persone quando tra loro alcune hanno piacere a stare vicine mentre altre si detestano: capire qual è la disposizione ideale quando gli invitati sono tanti è un vero rompicapo!
In questo caso il sistema complesso, quindi, è un sistema disordinato ed è in cerca di una configurazione ottimale dal punto di vista energetico?
Dobbiamo immaginare l’energia di questi sistemi disordinati come una pentola in cui sono presenti dei bozzi. Se facciamo entrare una pallina nella pentola, anziché raggiungere subito il fondo della pentola – ovvero la posizione di energia minima (comportamento semplice) – la pallina si fermerà sui bozzi. Questo vuole dire che nel vetro ci sono molti minimi di energia che competono tra di loro e questo si traduce in fluttuazioni nel rilassamento della struttura del vetro, che proprio a causa della suddetta competizione, può diventare estremamente complesso e lento.
Nel mondo fisico naturale dove possiamo riscontrare sistemi simili che impiegano un po’ di tempo a mettersi, come dire, “comodi”?
L’importanza del vetro di spin è che è un modello che si applica a tutta una categoria di sistemi disordinati che impiegano molto tempo a rilassare. Per esempio le proteine. Le proteine appena fabbricate dalle cellule sono una sequenza di amminoacidi lineare. Per diventare utile la proteina deve trovare la sua forma raggomitolata, e questo raggomitolamento è un processo di rilassamento assai complesso.
Il lavoro di Parisi è stato quello di ideare un modello matematico che desse una descrizione di questi fenomeni, che lo stesso comitato Nobel, ha definito come un “paesaggio complicato”. Tale modello si può applicare a diversi contesti, dalle neuroscienze alla costruzione di laser. La fisica teorica, cioè, in un certo senso viene incontro a problemi pratici?
La potenza dei modelli teorici è proprio quella di sapere identificare caratteristiche comuni a fenomeni apparentemente diversi; come per esempio proteine e vetro. La sfida è quella di integrare l’universalità dei modelli teorici con la specificità dei problemi pratici. Per esempio, nel caso dei vetri di spin, posso applicare tale modello a problemi di ottimizzazione stocastica, quali potrebbe essere decidere la posizione ottimale di vari componenti di un chip considerando tutti i vincoli della costruzione.
Il contributo di Parisi alla fisica teorica va oltre al modello dei vetri di spin. Ci puoi raccontare i più importanti secondo te?
Considero Giorgio unico al mondo per la profondità e l’impatto dei lavori che ha svolto. Ha almeno quattro, cinque contributi che da soli possono valere un Premio Nobel. Per esempio, per citarne solo alcuni. Nel campo delle alte energie, Parisi pubblicò negli anni ‘70, insieme a Guido Altarelli, un modello che descrive la statistica dei quark dentro ai neutroni e protoni, un modello usato dai fisici sperimentali per validare scoperte come l’identificazione del bosone di Higgs. Un altro lavoro importante è il modello Kardar-Parisi-Zhang; si tratta di un modello matematico che descrive come crescono le superfici. Nato dallo studio della crescita dei cristalli, il modello permette di prevedere se una superficie, a seconda della sua crescita, sarà più o meno corrugata. Nel campo degli studi sul clima, inoltre, è coautore di un lavoro molto importante, tutto italiano, con Benzi, Sutera e Vulpiani, sulla risonanza stocastica, con applicazione nell’analisi dei cambiamenti climatici.
Nella storia della fisica italiana ci sono tanti nomi di scienziati che avrebbero dovuto ricevere il Premio Nobel, da Giuseppe Occhialini a Nicola Cabibbo, Giovanni Jona-Lasinio, Luciano Maiani e più di recente anche in chimica Vincenzo Balzani. Cosa ci insegna questo Premio a Giorgio Parisi?
Ci insegna che se gli italiani decidono di fare squadra intorno a chi merita, allora si possono raggiungere traguardi importanti altrimenti inarrivabili. Il Paese, inteso come comunità scientifica, ma non solo, deve supportare i suoi talenti; ci deve essere la percezione che il Paese è consapevole delle proprie eccellenze e faccia tutto quanto è possibile per nutrirle e coltivarle. Ne traiamo vantaggio tutti e penso che stiamo imparando a farlo. Il Premio a Giorgio Parisi dà dignità e prestigio al lavoro di tutti gli italiani, scienziati o no.
