Serena Cenatiempo è ricercatrice in fisica-matematica presso il GSSI – Gran Sasso Science Institute de L’Aquila. Ha di recente vinto come Principal Investigator un ERC-Strarting Grant con il progetto “MaTCh – Macroscopic Properties of Interacting Bosons: the Thermodynamic Challenge”. L’ha intervistata Marco Menale.

 

Marco Menale: Ciao, Serena. Come stai dopo la vittoria dell’ERC?

Serena Cenatiempo: Ciao, Marco, e grazie ancora per quest’opportunità. È una sensazione emozionante essere Principal Investigator di un ERC. Tuttavia, è stata la sorpresa la prima reazione dopo aver ricevuto la notizia quest’estate. È sempre difficile prevedere il finanziamento di un progetto; ci sono tante variabili in gioco. Questo ERC non è importante solo per la mia specifica attività di ricerca: questa volta sarò io la responsabile di un gruppo di ricerca. In passato ho fatto parte di gruppi ERC con Alessandro Giuliani e Benjamin Schlein. Sono stati per me due grandi maestri, innanzitutto scientifici, ma anche per imparare la gestione di un gruppo di ricerca. Ecco, ora potrò mettermi in prima persona alla prova.

MM: Come sei arrivata alla Fisica Matematica? E al GSSI?

SC: Io ho studiato a Ischia, un’isola di sessantamila abitanti: non certo una metropoli. È stato un insegnante di matematica e fisica a segnare il mio percorso. Coltivava il nostro interesse portandoci in laboratorio per fare esperienze di fisica. Confrontavamo i dati ottenuti con le predizioni della teoria. Così ho scelto di studiare fisica all’Università degli Studi di Napoli “Federico II”, anziché matematica, anche se mi erano sempre piaciute entrambe. Tuttavia, a Napoli ho rimesso assieme queste due discipline. Lo devo a Rodolfo Figari, un fisico-matematico che per primo mi ha fatto scoprire la fisica-matematica. Mi piaceva perché ritrovavo sia l’armonia e il rigore della matematica sia le esperienze del mondo tipiche della fisica. È stato sempre lui a indirizzarmi a Roma, alla Sapienza, per il dottorato. Lì ho avuto come relatore Alessandro Giuliani. Non lo conoscevo all’inizio dell’esperienza romana, ma l’ho conosciuto attraverso il gruppo di Giovanni Gallavotti.

Durante la laurea in fisica ero rimasta affascinata dalla teoria quantistica dei campi, ma volevo capirne gli aspetti matematici. È un problema ancora aperto la sua giustificazione matematica. A Roma se n’era occupato Giovanni Gallavotti, ed è per questo che mi sono ritrovata lì. Ho così cominciato a studiarne le tecniche matematiche (un’implementazione rigorosa di un’idea fisica nota come gruppo di rinormalizzazione). In particolare, alcuni collaboratori di Giovanni Gallavotti avevano iniziato ad applicare queste tecniche allo studio della materia condensata, ossia lo studio delle proprietà di materiali con comportamenti quantistici su scala macroscopica. Tra loro Alessandro Giuliani, la cui passione per la ricerca è stata per me un esempio, al punto che con lui ho imparato a muovere i miei primi passi come ricercatrice.

Durante il dottorato mi sono occupata dello studio di sistemi di bosoni in due dimensioni con metodi di gruppo di rinormalizzazione. Nel 2012, nel corso della Conferenza Internazionale di Fisica Matematica tenutasi ad Aalborg, in Danimarca, ho sentito parlare Benjamin Schlein di nuove tecniche per lo studio della dinamica di bosoni (condensati di Bose-Enstein). Mi sono subito chiesta se queste tecniche potessero essere applicate anche alla proprietà statiche di questi sistemi, cioè al tema di ricerca del mio dottorato. Quella conferenza ha rappresentato per me una notevole opportunità. Infatti, finito il dottorato, ho applicato per una posizione all’Hausdorff Center for Mathematics di Bonn, dove Benjamin Schlein era professore. Durante questo post-doc, ho imparatole le tecniche che Benjamin Schlein e i suoi collaboratori avevano sviluppato. Ero in un gruppo che mi piaceva molto, sia scientificamente che umanamente. Tra gli altri, c’era anche Chiara Saffirio (l’abbiamo intervistata qui per MaddMaths!).

Dopo Bonn, sono stata a Zurigo, fino a quando ho avuto esigenza di tornare in Italia per motivi personali. Sono venuta a sapere di questo nuovo centro di ricerca a L’Aquila, il GSSI, e ho fatto domanda di post-doc mentre ero in attesa della mia prima figlia. Ho cominciato da mamma questa nuova posizione, con Isabel che aveva appena cinque mesi. Grazie alla lungimiranza dell’allora direttore dell’area di matematica, Pierangelo Marcati, e alla dimensione di vita a misura di famiglia offerta dalla città dell’Aquila, ho avuto la possibilità di conciliare più facilmente le esperienze di mamma e di ricercatrice.

Qui a L’Aquila ho continuato la mia linea di ricerca. Insieme con Christian Brennecke, Chiara Boccato e Benjamin Schlein abbiamo ottenuto il risultato a cui lavoravo dai tempi di Zurigo, poi pubblicato su Acta Matematica. Abbiamo usato le tecniche di Benjamin Schlein per studiare le proprietà all’equilibrio di condensati di Bose-Einstein, per sistemi di atomi rarefatti, descritti da una teoria dovuta ai fisici Gross e Pitaevskii (Foto 2). Per me è stato il coronamento di un percorso, cominciato proprio da quel seminario di Benjamin Schlein.

Ed eccomi ancora qui al GSSI, come ricercatrice. Ho avuto l’opportunità di avere una prima dottoranda nel 2019, Cristina Caraci e, poi, un’assegnista di ricerca, Giulia Basti. E grazie a loro ho capito quanto sia stimolante e formativo avere un proprio gruppo di ricerca. Certo, è possibile fare ricerca anche da soli, ma farlo in gruppo è diverso. Sì è più proficui, c’è scambio d’idee, ci si motiva a vicenda. Per me ha fatto la differenza.

 

 

MM: Ci hai parlato della tua ricerca. Come possiamo vederla a livello fisico?

SC: Mi occupo di quei fenomeni in cui le proprietà quantistiche sono visibili a livello macroscopico. Si è abituati a pensare alle proprietà quantistiche come a qualcosa di caratteristico della sola scala microscopica. Tuttavia, effetti quantistici sono apprezzabili anche alle nostre scale, quelle macroscopiche. Come nel caso dell’elio superfluido. I fenomeni quantistici a livello macroscopico, quando appaiono, sono bizzarri. La domanda è capire come emergono questi comportamenti dalla scala microscopica, e tentare di spiegarlo matematicamente. Esistono delle teorie fisiche, ma hanno dei limiti, a causa proprio di una base matematica poco solida. La matematica può fornire un controllo predittivo, cioè individuare i parametri e le condizioni in cui emergono questi comportamenti.

Ecco, la mia sfida è trovare queste condizioni.

MM: Su quali problemi, in particolare, hai vinto l’ERC? E cosa ti aspetti dal progetto?

SC: Il progetto, con cui ho vinto l’ERC, riguarda lo studio delle proprietà macroscopiche di sistemi interagenti, ma con l’ambizione di arrivare a quello che in fisica è chiamato limite termodinamico. Fino ad ora, la comunità matematica ha ottenuto risultati per sistemi di taglia finita, l’ambizione è capire se queste proprietà si conservano per sistemi di taglia infinita, visti come limite dei primi. In particolare, si mantiene la densità costante e si va all’infinito con il numero di particelle. È una sfida matematica enorme all’interno del progetto. Tuttavia, sono fiduciosa che potremo portare dei contributi.

 

 

Il progetto è strutturato lungo tre linee di ricerca: la condensazione nei sistemi in tre dimensioni nel limite termodinamico (bosoni diluiti); sistemi in due dimensioni, dove non ci aspettiamo condensazione, ma superfluidità; e alla fine i comportamenti oltre i regimi diluiti, ossia gas molto densi o fortemente interagenti. Ciascuno di questi tre filoni prende il via da un lavoro preliminare già fatto; prevede una fase intermedia di analisi di modelli più semplici. Mi aspetto che questi modelli più semplici ci consentano di avvicinarci alla comprensione del limite termodinamico, perché l’obiettivo ultimo è il limite termodinamico.

Ho già dei collaboratori su questi problemi.  Ma voglio continuare ad arricchire il mio team con l’ERC. Infatti, ho programmato di assumere diversi giovani ricercatori.

MM: So che ti occupi anche di divulgazione. Cosa fai e come è nata questa passione?

SC: La divulgazione mi appassiona moltissimo, soprattutto per sfatare i falsi miti su cosa significhi essere una matematica o un matematico. Ho l’obiettivo di diffondere l’idea che non solo le persone geniali possono fare matematica, ma che la matematica è creatività, studio, impegno e determinazione. Penso a Maryam Mirzakhani, medaglia Fields nel 2014, che si definiva “una pensatrice lenta” e riteneva che “La bellezza della matematica si mostra soltanto ai seguaci più pazienti”. La divulgazione mi permette di trasmettere l’idea del fare ricerca in matematica come un’escursione in montagna, in cui il sentiero va aperto passo dopo passo verso la cima. E il panorama all’arrivo è tanto più bello quanto più sfidante è stato il percorso.

Non voglio che si pensi alla matematica come attività per sole persone geniali, anche rispetto al bias di genere che ancora vedo nelle scuole. L’ho vissuto in prima persona. A me si diceva “sei brava perché studi”. Mentre, al mio compagno di banco “sei bravo perché sei portato”.

Ho realizzato i primi eventi di divulgazione con il GSSI e l’Università degli Studi dell’Aquila nel 2019, insieme a Donatella Donatelli, Liliana Esquivel e Barbara Nelli. Nell’ambito della giornata mondiale delle donne matematiche abbiamo organizzato un workshop per studenti universitari e un’esposizione per le scuole (abbiamo parlato dell’edizione 2022 qui su MaddMaths!). E da allora ne seguo tanti altri. Ogni evento ha modalità e pubblico diversi. In questi quattro anni siamo passati dalle scuole elementari fino a universitari e pubblico generalista. Cerchiamo un format che possa andare bene per persone diverse così da coinvolgere quante più persone possibili. Infatti, in base al pubblico modalità e tematiche cambiano. Anche in ambito divulgativo lavoro con un team di persone che cambia nel corso del tempo.

 

 

Per queste attività L’Aquila è una città proficua perché è nella sua rinascita post-terremoto. L’Aquila è una città che ci ha accolto e, una volta conosciuta, stupiti in maniera inaspettata.  Oramai, mi sento un’aquilana acquisita. La divulgazione, come la ricerca, è per me un modo per contribuire alla rinascita di questa città. Quasi per restituirle ciò che sento di aver ricevuto. E voglio lasciare il messaggio che anche la matematica può far parte di questa rinascita.