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Giorgio Parisi è il Premio Nobel per la Fisica 2021

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Giorgio Parisi, fisico della Sapienza Università di Roma e dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e attuale vicepresidente dell'Accademia dei Lincei, è stato insignito del Premio Nobel per la Fisica 2021, insieme a Syukuro Manabe della Princeton University negli Stati Uniti e Klaus Hasselmann del Max Planck Institute for Meteorology di Amburgo, Germania.

Parisi è un fisico eclettico, le cui ricerche hanno riguardato aree come le particelle fondamentali, la materia condensata, la fisica statistica e i materiali disordinati. Il comitato del Nobel ha evidenziato i suoi contributi alla "scoperta dell'interazione tra disordine e fluttuazioni nei sistemi fisici, dalla scala atomica a quella planetaria".

Lo studio dei sistemi fisici complessi ha applicazioni che vanno dalle neuroscienze alla biologia e all'apprendimento automatico. Nel suo annuncio, il comitato che assegna il Nobel per la fisica ha voluto sottolineare un sistema complesso in particolare: il clima della Terra. "Le scoperte premiate quest'anno dimostrano che la nostra conoscenza del clima poggia su una solida base scientifica, basata su una rigorosa analisi delle osservazioni", ha dichiarato Thors Hans Hansson, presidente del comitato.

Questa è la prima volta che i sistemi complessi sono esplicitamente menzionati nella motivazione del Premio Nobel, una novità celebrata in Italia e nel mondo. "Il lavoro di Giorgio è stato fonte di profonda ispirazione per molti scienziati, e il suo elegante formalismo ha portato bellezza alla scienza, e alla vita, di molti di noi", dice Alessia Annibale, laureata alla Sapienza e coautrice di lavori con Parisi, ora al King's College di Londra.

"Parisi ha sviluppato un paradigma che va oltre la materia condensata" ha detto Enzo Marinari, un fisico della Sapienza che è stato co-autore di oltre 100 articoli con il neo-Nobel. "Le sue teorie possono essere applicate a tutte le scale: il vetro, il cervello, la finanza, il volo degli uccelli, i ghiacciai e molto altro".

Nato a Roma nel 1948, Parisi si laureò in fisica alla Sapienza nel 1970, unendosi a una scuola la cui tradizione risale a Enrico Fermi. " Era un ambiente eccezionale, con una formazione non paragonabile con altre università straniere", ha detto Parisi durante un incontro pubblico alla Sapienza il giorno in cui ha ricevuto il premio Nobel.

All'inizio della sua carriera si concentrò sulla fisica delle alte energie, lavorando con Nicola Cabibbo, un altro celebre fisico della Sapienza. Parisi ha contribuito all'equazione Altarelli-Parisi, usata per tracciare le particelle che emergono dalle collisioni negli acceleratori. Ha anche lavorato al progetto APE, una serie di supercomputer progettati per eseguire calcoli di teoria quantistica.

Tra il 1979 e il 1983, Parisi ha sviluppato quella che è probabilmente la sua idea più influente: la rottura di simmetria delle repliche (Replica Symmetry Breaking o RSB). La sua curiosità era stata catturata da una classe di leghe metalliche con strane proprietà magnetiche, chiamate vetri di spin.

Nelle sostanze magnetiche normali, ogni atomo può essere immaginato come una piccola bussola (o "spin") che tende ad allinearsi lungo la stessa direzione dei suoi vicini. Ma nei vetri di spin, ci sono alcune coppie di atomi che si allineano nella stessa direzione, e altre che vanno in direzioni opposte. Globalmente, è difficile per questi sistemi trovare un allineamento ottimale – ed è altrettanto difficile per i fisici capirli. Ma Parisi ci riuscì usando il "trucco delle repliche”, una tecnica matematica basata sull'analisi simultanea di molte copie diverse del sistema. La sua svolta fu trovare un modo per risolvere i complessi calcoli delle repliche, cosa che implica, fra le altre cose, la necessità di lavorare con una geometria a zero dimensioni. Negli anni successivi, i vetri di spin sono diventati un punto di riferimento dei sistemi complessi, e l'RSB una chiave fondamentale della loro comprensione.

I sistemi complessi rappresentano un'ampia varietà di fenomeni in cui un gran numero di unità sono collegate attraverso interazioni disordinate. Queste unità possono essere atomi, ma anche neuroni, geni, proteine, specie, agenti, ecc. Negli ultimi anni, Parisi ha studiato persino il volo di grandi stormi di storni. La tecnica delle repliche è stata usata anche nelle reti neurali, con importanti applicazioni nell'apprendimento automatico.

Ci sono voluti molti anni per dimostrare che la soluzione di Parisi era matematicamente corretta. Questa impresa, capitanata dal matematico francese Michel Talagrand "ha creato un intero settore di ricerca nel campo delle probabilità", spiega Yan Fyodorov, un fisico matematico al King's College di Londra.

Oltre alle repliche, Parisi ha introdotto alcuni degli strumenti teorici più importanti nella fisica della materia condensata degli ultimi anni: tra gli altri, il modello di Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) per le superfici ruvide; la risonanza stocastica, un processo controintuitivo che gioca un ruolo nell'evoluzione dei ghiacciai; e la teoria di Parisi-Sourlas, che applica la supersimmetria alla materia condensata.

"È una persona che pensa molto velocemente", dice Juan Jesús Ruiz-Lorenzo, un altro collaboratore di lunga data di Parisi, all'Università di Extremadura. "A volte non scrive la fine di un'equazione sulla lavagna. Tu non riesci a vederla, ma lui sì".

"Sono stata colpita da quanto sia gentile e disponibile con i miei studenti" sottolinea Lisa Manning, fisica della materia condensata alla Syracuse University "È generoso con il suo tempo, e fa sentire ai miei studenti che le loro domande sono interessanti".

"È una persona deliziosa, ma non è un’ingenuo", dice Marinari, riferendosi all'impegno politico di Parisi nel difendere la scienza italiana, anche durante il suo recente incarico di direttore dell'Accademia dei Lincei.

"In Italia abbiamo visto un cambio nel riconoscimento [dell'importanza] della scienza e spero che nella prossima finanziaria questo cambiamento venga implementato in maniera opportuna" ha detto Parisi nel suo discorso del giorno del Nobel alla Sapienza, in presenza del ministro della ricerca Maria Cristina Messa. "Ci devono essere dei cambiamenti strutturali perché l’Italia diventi accogliente per i ricercatori, cosa che non è. Lo vediamo dal fatto che ci sono molti [scienziati] italiani all'estero e pochi [scienziati] stranieri in Italia”, ha concluso.

Parisi, padre di due figli, è il sesto scienziato italiano a vincere il premio Nobel per la fisica, dopo Guglielmo Marconi (1909), Enrico Fermi (1938), Emilio Segré (1959), Carlo Rubbia (1984) e Riccardo Giacconi (2002).

doi: https://doi.org/10.1038/d43978-021-00123-5

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