È stato recentemente assegnato il Nobel per la Fisica 2021 a Giorgio Parisi, fisico teorico dell'Università Sapienza di Roma e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e vicepresidente dell'Accademia dei Lincei. Parisi divide il premio a metà con Syukuro Manabe e Klaus Hasselmann I due ricercatori hanno avuto il riconoscimento per le loro ricerche su modelli climatici e il riscaldamento globale.
Il premio è stato attribuito ai tre ricercatori “per i contributi innovativi alla comprensione dei sistemi fisici complessi”, ovvero hanno descritto sistemi che sembravano talmente complessi da sfuggire a ogni possibile caratterizzazione quantitativa.
“Una prospettiva, quella dei sistemi complessi, che porterà a intuizioni fondamentali nell’ambito delle scienze della vita, e che i ricercatori del San Raffaele stanno già applicando” dichiara il Prof. Samuel Zambrano, Associato di Fisica presso l’Università Vita-Salute San Raffaele. Col Prof. Zambrano abbiamo parlato di questo riconoscimento, e del perché è così significativo.
Photo credit: The Nobel Prize in Physics 2021. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Tue. 12 Oct 2021. <https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2021/press-release/>
Più che a una singola scoperta, è corretto dire che il premio Nobel va a una metodologia, fondamentale per la sua rilevanza. In effetti, i premiati provengono da diversi campi. Giorgio Parisi è stato premiato per l’analisi innovativa sui vetri di spin, una classe di materiali in cui gli atomi si comportano come minuscoli magneti che interagiscono tra loro dando luogo a comportamenti complessi. Invece, Syukuro Manabe e Klaus Hasselman provengono dal campo delle scienze del clima: Manabe ha formulato un modello fisico dell'atmosfera che conferma il ruolo dell’anidride carbonica (CO2) nel riscaldamento globale, mentre Hasselman ha fornito strumenti in grado di identificare le tendenze climatiche a lungo termine nonostante l’intrinseca imprevedibilità a breve termine di tale sistema.
Perché allora sono stati premiati insieme? Come dichiarato dalla Royal Swedish Academy of Sciences, il Nobel è stato attribuito “per i contributi innovativi alla comprensione dei sistemi fisici complessi”. In altre parole, sono riusciti a caratterizzare sistemi che sembravano talmente complessi da sfuggire a ogni possibile caratterizzazione quantitativa.
Questo premio ha alcune ovvie implicazioni: ad esempio, il lavoro di Manabe e Hasselman dimostra la solidità della scienza che sottende le nostre previsioni a lungo termine sui cambiamenti climatici, con le implicazioni politiche che ne derivano.
Tuttavia, ritengo che questo premio sia importante perché sottolinea l'importanza della “scienza dei sistemi complessi”, consentendo di comprendere le nuove proprietà che emergono quando molti attori diversi interagiscono in un dato sistema. Per dirla con le parole del premio Nobel P. W. Anderson, questi studi dimostrano l’impatto che può avere capire questi sistemi dove “more is different”. La scienza dei sistemi complessi è infatti “esplosa” negli ultimi anni ed è ora una scienza interdisciplinare che ha avuto un impatto su molte altre discipline, comprese le scienze della vita.
Ad esempio, Giorgio Parisi e collaboratori hanno saputo trovare anche delle leggi nascoste nel complesso moto degli stupendi stormi di storni che sorvolano Roma (leggi che emergono dalla “semplice interazione” degli uccelli, non sono addestrati a eseguire tale coreografia).
Oltre alla fisica, ritengo che questi studi avranno un impatto anche sulle scienze della vita. La teoria dei sistemi complessi ha fortemente influenzato il campo emergente della biologia dei sistemi, che mira a comprendere in che modo l’interazione di unità biologiche (molecole all'interno di una cellula o cellule all'interno di un organismo) diano origine alla funzione biologica, idee che tocchiamo nel corso “Espressione genica, dalle singole molecole alla biologia dei sistemi” coordinato da Davide Mazza, fisico, Project leader presso l’Unità di Imaging dei Tumori e docente di Fisica in UniSR.
I ricercatori del San Raffaele stanno già applicando queste idee. Ad esempio, il Center for Omics Science (COSR) utilizza strumenti di scienza della complessità per analizzare i dati biologici. Il Centro Sperimentale di Imaging sta sviluppando tecnologie in grado di rivelare nuovi comportamenti complessi nei sistemi biologici. Nel mio caso, in collaborazione con Marco E. Bianchi (Ordinario di Biologia Molecolare UniSR e Group leader dell’Unità Dinamica della Cromatina) e Alessandra Agresti (Group leader dell’Unità Cromatina e trascrizione in vivo), miro a capire come viene regolata la risposta infiammatoria all'interno e tra le cellule utilizzando questo punto di vista dei “sistemi”.
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