“Fermi è ovunque: nei semiconduttori, nei laser, nei pannelli solari, nei supercalcolatori, perfino nell’intelligenza artificiale. A distanza di cent’anni, la sua intuizione continua a produrre futuro”. A parlare è Massimo Inguscio, uno dei massimi fisici italiani contemporanei, durante il convegno internazionale Fermi Legacy in Low Energy Physics, in corso oggi e domani presso l’Accademia Nazionale dei Lincei. L’incontro, organizzato dallo stesso Inguscio insieme a Carlo Di Castro (Sapienza) e Sandro Stringari (UniTrieste), ha celebrato il centenario della presentazione del celebre lavoro di Enrico Fermi “Sulla quantizzazione del gas perfetto monoatomico“, uno degli articoli fondativi della fisica quantistica moderna. Più che una celebrazione storica, il convegno è stato un’occasione per rileggere l’eredità di Fermi alla luce delle grandi sfide scientifiche e tecnologiche del presente: dall’energia pulita al calcolo ad alte prestazioni, dalla metrologia quantistica ai simulatori quantistici, fino ai nuovi orizzonti dell’informatica quantistica. In particolare, l’attenzione si è concentrata sulla cosiddetta fisica delle basse energie, un ambito meno noto al grande pubblico rispetto alla fisica nucleare, ma decisivo per comprendere il funzionamento dei materiali, dei dispositivi elettronici e delle tecnologie che strutturano la nostra vita quotidiana.
Professore Inguscio, partiamo dall’origine. Che cosa rende ancora così centrale il lavoro che Enrico Fermi presentò ai Lincei nel 1926?
Quell’articolo nasce da una domanda estremamente semplice: come si comporta un gas di atomi quando viene portato a temperature bassissime, prossime allo zero assoluto, che per definizione non si può raggiungere. Fermi si pose questa domanda quando era professore a Firenze, ad Arcetri. La risposta lo portò a formulare una nuova statistica quantistica, che oggi porta il suo nome. Da lì è partita una quantità enorme di scienza. È impressionante pensare che un lavoro così essenziale abbia avuto conseguenze tanto pervasive e durature.
Quando si parla di “statistica di Fermi”, però, il rischio è che resti un concetto astratto per chi non è specialista. Come si può spiegare la sua importanza in modo concreto?
La statistica di Fermi descrive il comportamento di particelle, i fermioni, che non possono occupare lo stesso stato quantico. Questo vincolo è alla base della struttura della materia. Gli elettroni sono fermioni, e il modo in cui si distribuiscono negli stati energetici determina le proprietà dei materiali. Il concetto di livello di Fermi, per esempio, è fondamentale per capire perché un materiale conduce elettricità oppure no. È una teoria che sembra astratta, ma in realtà governa il funzionamento dei materiali che usiamo ogni giorno.
È qui che entra in gioco la fisica delle basse energie, al centro del convegno. Perché è così importante?
Perché è la fisica che spiega la materia ordinaria. Non è la fisica degli acceleratori o delle alte energie, ma quella che studia i solidi, i semiconduttori, i gas ultrafreddi, la superconduttività. È grazie a questa fisica che è stato possibile costruire i semiconduttori. E dai semiconduttori derivano i laser a semiconduttore, le memorie dei computer, i supercalcolatori. Anche l’energia solare: i pannelli fotovoltaici sono fatti di silicio, che è un semiconduttore. Tutto questo poggia direttamente sulle idee di Fermi.
Questo spiega perché lei insiste molto sul fatto che Fermi non debba essere associato solo al nucleare.
Esatto. L’idea del convegno è proprio mostrare un Fermi ubiquo, che produce futuro, e che non è solo nucleare. Tutte le cose di cui abbiamo parlato qui non hanno nulla a che vedere con il nucleare a bassa energia. Fermi è stato uno scienziato a 360 gradi, ma nell’immaginario collettivo è rimasto spesso legato a un solo capitolo della sua storia. In realtà, il suo contributo più diffuso e più duraturo è quello che attraversa la fisica dello stato solido, la tecnologia, il calcolo.
Lei ha parlato spesso di un rapporto circolare tra scienza e tecnologia. In che senso?
È un ciclo continuo. Con la scienza costruisci tecnologia: pensa ai semiconduttori, ai laser, ai dispositivi quantistici. Con quella tecnologia puoi indagare meglio la scienza, perché hai strumenti di misura più precisi, esperimenti più controllati. Questo produce nuova scienza, che a sua volta genera nuova tecnologia. È un processo che si autoalimenta. La fisica di Fermi è un esempio perfetto di questo meccanismo.
Uno dei momenti più rilevanti del convegno è stato l’intervento inaugurale del Premio Nobel per la Fisica, Klaus von Klitzing. Perché lo considera così centrale?
È stato un intervento illuminante. Von Klitzing del Max Planck Institute for Solid State Research, ha mostrato come le idee di Fermi entrino direttamente nella metrologia, cioè nel modo in cui misuriamo le grandezze fondamentali. Parliamo di resistenza, di voltaggio, di unità di misura che usiamo tutti i giorni. L’effetto Hall quantistico, che lui ha scoperto, permette di definire l’ohm in modo estremamente preciso, collegandolo a costanti fondamentali della natura.
La metrologia sembra un ambito tecnico, ma dal suo racconto emerge come qualcosa di strategico.
Lo è. La metrologia è la dimostrazione che la scienza è tutta collegata. Ma è anche essenziale per lo sviluppo industriale. L’industria funziona perché le cose sono misurate, certificate, confrontabili. Senza standard di misura affidabili, nessuna tecnologia avanzata sarebbe possibile. Von Klitzing ha mostrato questo legame in modo molto chiaro, partendo da fenomeni quantistici profondi e arrivando alle applicazioni concrete.
Von Klitzing ha anche insistito molto sul ruolo dell’intuizione nella scienza. Un tratto che lo avvicina a Fermi.
Sì, ed è un aspetto fondamentale. Lui stesso racconta che l’effetto Hall quantistico è stato scoperto quasi per caso, da una scintilla. Fermi aveva avuto un’intuizione simile per la sua statistica, quasi passeggiando ad Arcetri. Ma l’intuizione da sola non basta: deve essere seguita da un impianto teorico solido e da verifiche sperimentali rigorose. È questa combinazione che rende la scienza così potente.
Guardando al presente, uno dei campi più promettenti è quello dei simulatori quantistici. Che ruolo giocano nell’eredità di Fermi?
Un ruolo centrale. Oggi usiamo gli atomi stessi come strumenti di simulazione. Li mettiamo in certi posti, li facciamo interagire in modo controllato e osserviamo come evolvono. In questo modo possiamo studiare nuovi materiali, nuovi farmaci, materiali per la fusione nucleare. I simulatori quantistici erano stati proposti già negli anni Ottanta, ma oggi sono diventati una realtà sperimentale. E si basano, ancora una volta, sulla fisica dei fermioni.
E lo stesso vale per il calcolo quantistico?
Sì. I calcolatori quantistici su cui stiamo lavorando oggi si basano spesso su sistemi fermionici. Anche qui Fermi entra dappertutto. È interessante ricordare che lo stesso Fermi, nel suo ultimo ritorno in Italia dopo la guerra, suggerì di costruire un calcolatore. In un certo senso, l’informatica italiana nasce anche da lui. Oggi siamo a una nuova svolta, ma la radice concettuale è la stessa.
A distanza di cent’anni, che cosa ci dice oggi l’eredità di Enrico Fermi?
Ci dice che questa intuizione continua a produrre. Lo si vede anche dal numero di citazioni scientifiche: all’inizio erano poche, poi sono esplose, perché oggi Fermi è ovunque. La sua scienza non appartiene al passato. È una scienza che produce tecnologia, che ci permette di affrontare sfide come l’energia pulita, il calcolo avanzato, l’intelligenza artificiale. È una scienza che continua a guidarci.(30Science.com)
