The quantum field of flowers

 

(Italian version follows below/versione italiana a fine pagina)

Heinz Pagels (1929-1988) visually describes quantum fields using an effective analogy that likens them to three-dimensional spring mattresses, or patterns of contiguous oscillators that fill the whole space. A vibration of a spring corresponds to the manifestation of a single quantum or field characteristic particle, which is a fermionic ‘actor’ in the case of a material field, and a bosonic ‘vector’ in the case of a mediator field. Two mattresses of fermionic springs arranged horizontally can be put into communication with each other through the springs of the bosonic pattern placed vertically. With this configuration, the vibrations of the springs can be transferred from field to field, producing electromagnetic, weak and strong interactions. This metaphor concludes considering invisible point springs, whose punctual vibrations manifest themselves as particles or quanta of a field.

The Higgs mechanism assigns to each quantum field quantum its proper mass value, allowing the formation of extended matter and the possibility of short-range exchanges between particles, while preserving a principle that would require massless field quanta: the gauge invariance, namely the possibility to modify a field region without alteration of physical laws.

To depict the interaction between Higgs and ordinary fields, the popular science literature often uses a fitting parallelism comparing the ordinary fields to meadows of infinite extension. On each grassland, a single type of flower grows, representing the specific quantum of the field. The boson of Higgs field behaves like an industrious insect that, depending on the characteristics of the flower, sugges a different amount of nectar and carries the right pollen dose according to the needs of the plant, allowing the survival of each ecosystem.

Contrary to claims by some pro-oriental currents, the concept of all-pervasive field is solidly rooted in Western thought since ancient times. For example in the work of Boethius (475-524), follower of Ammonium, is merged the summa of the Alexandrian neo-Platonism, that asserts the presence of an immobile ‘divine essence ‘ able to confer ontological quality to all the elements external to it, without intrinsic participation.

In St. Thomas Aquinas (1221-1274), the Aristotelian hylomorphism applied to the material substance assigns to the physical world a potential substrate, from which phenomena and interactions arise.

For Giordano Bruno (1548-1600), an efficient cause, the’ universal intellect’, pervades the matter, making it an energy source capable of producing all its massive forms, creating an open universe, infinite and omnicentric, where all celestial bodies systems are of equal dignity.

In order to honour the figure of this martyr of freedom of thought, the Inquisition burned at the stake in Campo de ‘ Fiori (a square in Rome whose name means ‘ Field of Flowers’) we offer, in memory, the ‘quantum fields flowers’, one of the most sublime human intellect products, celebrating in him all the brilliant minds who devote the existence to the progress of scientific knowledge.


Il Campo dei Fiori quantistico

Heinz Pagels (1929-1988) descrive visivamente i campi quantistici utilizzando un’ efficace analogia che li paragona a materassi di molle tridimensionali, ovvero a reticoli di oscillatori contigui che riempiono tutto lo spazio. A una vibrazione di una molla corrisponde l’estrinsecarsi di un singolo quanto o particella caratteristica del campo, che sarà un “attore” fermionico nel caso di un campo di materia e un “vettore” bosonico nel caso di un campo mediatore. Due materassi di molle fermioniche disposte in orizzontale possono essere messi in comunicazione tra loro tramite le molle del reticolo bosonico collocate verticalmente. Con tale configurazione, le vibrazioni delle molle possono essere trasferite da un campo all’altro producendo interazioni elettromagnetiche, deboli o forti. La metafora si conclude considerando molle invisibili e puntiformi, le cui vibrazioni puntuali si manifestano come particelle o quanti del campo.

Il meccanismo di Higgs assegna il corretto valore della massa a ciascun quanto di campo quantistico, consentendo la costituzione di materia estesa e la possibilità di scambi a corto raggio tra particelle, pur preservando un principio che richiederebbe quanti di campo a massa nulla: l’invarianza di gauge, ossia la possibilità di modificare una regione di campo senza alterazione delle leggi fisiche.

Per visualizzare l’interazione tra campi di Higgs e campi ordinari, la letteratura divulgativa ricorre spesso a un calzante parallelismo che assimila i campi ordinari a prati di estensione infinita. Su ogni distesa erbosa cresce un unico tipo di fiore, che rappresenta il quanto specifico del campo. Il bosone del campo di Higgs si comporta come un insetto industrioso che, a seconda delle caratteristiche del fiore, sugge una diversa quantità di nettare e trasporta la giusta dose di polline in base alle esigenze della pianta, consentendo la sopravvivenza di ciascun ecosistema.

Contrariamente a quanto sostengono alcune correnti filorientali, il concetto di campo omnipervasivo è solidamente radicato fin dall’antichità nel pensiero occidentale. Ad esempio nell’opera di Boezio (475-524), seguace di Ammonio, è accorpata la summa del neoplatonismo alessandrino, che afferma la presenza di un'”essenza divina”, immobile, in grado di conferire qualità ontologica a tutti gli elementi a essa esterni, senza partecipazione intrinseca.

In S. Tommaso D’Aquino (1221-1274), l’ilemorfismo aristotelico applicato alla sostanza materiale assegna al mondo fisico un sostrato potenziale, dal quale scaturiscono i fenomeni e le interazioni.

Per Giordano Bruno (1548-1600), una causa efficiente, “l’intelletto universale”, pervade la materia rendendola una sorgente di energia in grado di produrre tutte le sue forme massive, originando un universo aperto, infinito e onnicentrico dove tutti i sistemi di corpi celesti assumono pari dignità. Per onorare la figura di questo martire della libertà di pensiero, arso sul rogo dell’Inquisizione in Campo de’ Fiori, offriamo in memoria i fiori dei campi quantistici, uno dei più eccelsi prodotti dell’intelletto umano, celebrando in lui ogni brillante ingegno che dedica l’esistenza al progredire della conoscenza scientifica.

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