Il Bosone di Higgs, la particella di Dio

Bosone di Higgs, simulazione dalla collisione protone-protone

È nato il nuovo baby boson, dal peso di circa 126 GeV

Il 4 luglio 2012 a Ginevra, presso il CERN, l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare e laboratorio leader mondiale per la fisica delle particelle, ha tenuto banco l’ultimo seminario, nel corso della conferenza volta a fornire gli ultimi dati sul bosone di Higgs.
I risultati presentati sono indicati ancora come preliminari. Si basano su dati raccolti nel 2011 e nel 2012, ma con questi ultimi ancora sotto analisi, e la cui pubblicazione è prevista a fine luglio. Il quadro complessivo delle osservazioni tenute qualche giorno fa uscirà invece entro la fine dell’anno.
Cos’è il bosone di Higgs?
Da oltre cinquant’anni gli scienziati del CERN sono impegnati in una ricerca che potrebbe cambiare la storia delle particelle.

La materia come oggi la conosciamo, infatti, è composta da 17 particelle elementari. Il bosone di Higgs sarebbe invece l’ultimo pezzo mancante della catena. L’esistenza del bosone fu ipotizzata dal fisico teorico inglese Peter Higgs nel 1964 e la sua presenza avrebbe il compito di spiegare perché la materia ha un peso. Per farlo, occorreva però conoscerne la massa, il cui valore era stato proprio di recente fissato in 126 Gev, pari cioè a più di cento volte la massa di un protone.

Peter Higgs, primo teorico del bosone

Per Higgs, le particelle elementari senza massa, prive di questa particella, sarebbero libere di schizzare nell’universo in una situazione di caos, tale da impedirne l’organizzazione e la capacità di formare qualunque corpo celeste, stelle o pianeti, e gli esseri viventi. La teoria alla base del bosone ipotizzerebbe dunque l’esistenza di un campo di Higgs, capace di permeare lo spazio, pieno di questi bosoni, che sarebbero dei veri e propri vettori di massa, a loro volta attratti dalle varie particelle elementari. Sarebbe questo il meccanismo proposto da Higgs, e in base al quale il bosone viene anche definito la Particella di Dio, in quanto l’unica fondamentale all’esistenza di tutte le altre e in grado di far acquisire loro una massa, dando così vita all’universo.
Nel 1967 le teorie di Higgs furono incorporate nel Modello Standard delle particelle elementari alla base della materia: i quark, gli elettroni e tre diversi tipi di neutrini; dodici mattoni totali di materia. A questi si aggiungevano i bosoni, in grado di influenzare le forze che tengono unita la materia. Nel 1983, Carlo Rubbia individuò due bosoni, W e Z, scoperta che gli valse il premio Nobel. Il quadro però, non era completo, e il bosone di Higgs sarebbe oggi quello decisivo.

Bosone di Higgs - esperimento Atlas - fonte atlas.ch

Le ricerche sono continuate negli anni con l’intervento di un gran numero di scienziati, tra cui molti italiani, e le due squadre divise nei gruppi Atlas e Cms hanno svolto ricerche indipendenti l’una dall’altra, pur collaborando entrambe con il CERN. Presso l’istituto noto come LHC o Large Hadron Collider, la lunga ricerca ha permesso di osservare una nuova particella nella regione di massa attorno a 125-126 GeV, consentendo così la presentazione dei risultati preliminari. Non a caso il Large Hadron Collider è dotato del maggiore acceleratore di particelle esistente al mondo, lungo 27 chilometri e collocato ad una profondità di 175 metri, al di sotto del confine franco – svizzero.

CERN acceleratore di particelle - fonte lhc2008.web.cern.ch

Il metodo di ricerca utilizzato dal CERN, come da altri, è il lancio di fasci di protoni ad altissima energia negli acceleratori di particelle, al fine di farle scontrare. La collisione tra le stesse genera particelle elementari, già conosciute e dalle caratteristiche note. È proprio al loro interno che potrebbe formarsi l’ancora ipotetico bosone di Higgs, molto difficile da osservare perché decadrebbe quasi immediatamente, tanto che fino ad ora, ne sarebbe risultata visibile solo una traccia, mentre quella che si cerca è una prova effettiva. Per ottenerla, gli scienziati parlano di sigma, che dovrebbe essere pari a 5 per trasformare l’indizio in una scoperta. Al momento si è giunti a 5 sigma con Atlas, e 4,9 sigma con il Cms. Nel secondo caso ci sarebbe quindi una probabilità di errore dello 0,000028% che, seppur minimo, ne farebbe ancora solo supporre l’esistenza.

John Ellis spiega il bosone di Higgs

Il fisico teorico del CERN, John Ellis, ha spiegato ai profani la Particella di Dio. È come se ci trovassimo in una infinita distesa di neve, ha detto, in cui questo campo è composto da piccoli fiocchi. Anche il campo di Higgs è composto da piccole particelle, chiamate quanti. E sono le stesse particelle che i fisici definiscono bosone di Higgs. Il bosone attribuirebbe massa a tutte le particelle elementari, ma in modo diverso. Le equazioni del Modello Standard sono molto simmetriche: le particelle appaiono tutte allo stesso modo e non si distingue tra quelle di massa diversa.
Questa simmetria deve essere spezzata, deve esserci qualcosa che ci permetta di differenziare. Questo è il bosone di Higgs.
A seconda di come le particelle interagiscono con lui, acquisiscono massa diversa e la simmetria e rotta. Il meccanismo di Higgs, secondo Ellis, è simile a quello di un campo di neve, attraversato da uno sciatore che scivola via senza massa, che non interagisce con il campo e passa sopra la neve come una particella che scivola alla velocità della luce. Se invece si cammina nella neve con gli scarponi, si affonda e si va meno velocemente, come una particella dotata di massa, che interagisce con il campo. Se si affonda nella neve, si va invece molto piano, e l’effetto è simile a quello di una particella dotata di massa molto grande.
I risultati presentati, anche se preliminari, cambierebbero radicalmente la nostra conoscenza conoscenza sulla struttura fondamentale della materia. Determinando l’esatta natura della particella e del suo significato, otterremmo l’ingrediente mancante del Modello Standard della fisica delle particelle e avremmo così le basi per la comprensione dell’universo e delle forze che vi agiscono.

Vera Di Donato

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Fonti di riferimento:

http://www.quantumdiaries.org/2012/07/04/new-baby-boson-is-born-weighing-in-at-about-126-gev/
http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2012/PR17.12E.html
http://www.ticinolibero.ch/?p=88130
http://it.notizie.yahoo.com/cos-%C3%A8-la-particella-di-dio.html

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