Cos'è il bosone Higgs e perché lo cerchiamo da cinquant'anni
PIERO BIANUCCI
Alla
fine il bosone di Higgs, folcloristicamente soprannominato «particella di Dio»,
ha fatto la sua comparsa in due colossali esperimenti del Cern di Ginevra. È il
punto di arrivo di un cammino iniziato negli Anni 60 del secolo scorso.
L’ultimo tassello di un puzzle che i fisici hanno messo insieme pazientemente
in mezzo secolo di lavoro costruendo macchine sempre più grandi, potenti e
costose.Si chiamano bosoni, dal nome del fisico indiano Bose che con Fermi ne descrisse le proprietà, le particelle che trasportano una forza. Sono bosoni, per esempio i fotoni, cioè le particelle che costituiscono la luce, e i gluoni, la «colla» che tiene insieme i nuclei degli atomi. Il bosone di Higgs è speciale: è la particella che conferisce una massa a tutte le altre particelle, e quindi in qualche modo dà ad esse l’esistenza i n quanto oggetti materiali. Questa è la sua potenza «divina».
Da ieri, dunque, conosciamo il segreto della massa delle particelle
subnucleari, e quindi sappiamo come è fatto l’universo visibile (purtroppo
stiamo parlando solo del 4 per cento di quanto esiste, il 96% ci sfugge perché
è sotto forma di materia ed energia invisibili). Fatto non irrilevante,
sappiamo inoltre perché si sono spesi sette miliardi di euro nel Large Hadron
Collider, Lhc, un anello di magneti lungo 27 chilometri nel quale due fasci di
protoni si scontrano a energie mai raggiunte prima.
Certo, gli scienziati preferiscono essere prudenti, tutto deve essere meglio verificato. Solo a fine luglio una pubblicazione metterà nero su bianco i risultati preliminari presentati ieri mattina nell’auditorium del Cern da Joe Incandela per l’esperimento Cms e da Fabiola Gianotti per l’esperimento Atlas. Altre misure saranno necessarie almeno fino alla fine di quest’anno. L’identikit è quello della particella tanto attesa: una massa di 125,3 GeV. Se non fosse il bosone di Higgs sarebbe davvero qualcosa di strano e, per certi versi, di ancora più interessante. Ma i margini dell’incertezza statistica dichiarati da Incandela e Gianotti sono minimi.
Incominciò Murray Gell-Mann nel 1964 immaginando l’esistenza dei quark, particelle più elementari dei protoni e dei neutroni fino ad allora ritenuti i mattoni ultimi dei nuclei atomici. Fu l’inizio del Modello Standard, il paradigma della fisica moderna, al quale subito Peter Higgs contribuì con l’idea del suo bosone, poi battezzato «particella di Dio» dal fisico Leon Lederman, premio Nobel nel 1988.
L’universo così come ora lo osserviamo è fatto essenzialmente di due tipi di quark: Up e Down. La teoria però ne prevede sei, che si manifestano a energie crescenti. Uno per volta, i fisici li hanno scoperti. Il sesto, chiamato Top perché è un po’ come il tetto che sta sopra l’edificio degli altri, fu preda del Fermilab di Chicago nel 1995. Il modello prevedeva anche sei leptoni. Di essi alcuni erano già noti (elettrone, muone, neutrino elettronico), gli altri sono stati via via scoperti: ultimo arrivato il neutrino Tau, stanato nel 2000 al Fermilab.
Erano presenti all’appello anche alcune particelle che scambiano le forze fondamentali della natura, i bosoni, appunto: il «vecchio» fotone per la forza elettromagnetica (risale a Einstein), il gluone per l’interazione forte, W e Z per l’interazione debole, queste ultime scoperte da Carlo Rubbia, premio Nobel nel 1984. Era latitante invece il bosone di Higgs, e questo era un problema, perché senza di esso il Modello Standard entrerebbe in crisi. Ecco perché ieri al seminario del Cern i fisici hanno tirato un respiro di sollievo.
Ieri è stata posata una pietra miliare. La strada però rimane lunga. Una teoria molto accreditata prevede l’esistenza di particelle simmetriche a quelle già note e altre ancora. Questo mondo di Alice riflesso nello specchio potrebbe risolvere l’enigma della materia oscura di cui gli astronomi vedono nell’universo segni indiretti. Ma restando nel Modello Standard, sarebbe importante anche osservare sperimentalmente le onde gravitazionali, e quindi i gravitoni.
Per finire, qualche numero su LHC. La macchina che ha stanato la «particella di Dio» si avvale di 9600 magneti. Di questi 1746 sono superconduttori raffreddati con 190 tonnellate di elio a 1,9 Kelvin. Poiché l’universo ha una temperatura di 2,7 Kelvin, l’acceleratore del Cern è l’oggetto più freddo che esista nel cosmo. Ed è anche il più vuoto: i tubetti percorsi dai protoni contengono meno materia dello spazio interstellare.
Sull’energia raggiunta dentro LHC, invece, bisogna intendersi. Tutti i protoni accelerati in un giorno pesano appena 2 miliardesimi di grammo. Ci vorrebbe un milione di anni per accelerare un solo grammo di materia. Inoltre l’energia di ciascun protone è paragonabile a quella di una mosca in volo e quella totale dei fasci corrisponde a un battito delle mani. Le collisioni sono enormemente energetiche solo perché l’energia è concentrata nello spazio piccolissimo di un protone: un conto è battere le mani tra loro, un altro battere una mano contro la punta di uno spillo. Ecco perché le collisioni ottenute in LHC con nuclei di atomi pesanti riescono a riprodurre le condizioni del Big Bang portandoci indietro nel tempo fino a 13,7 miliardi di anni fa.
Fonte: http://www3.lastampa.it/scienza/sezioni/news/articolo/lstp/461161/
Certo, gli scienziati preferiscono essere prudenti, tutto deve essere meglio verificato. Solo a fine luglio una pubblicazione metterà nero su bianco i risultati preliminari presentati ieri mattina nell’auditorium del Cern da Joe Incandela per l’esperimento Cms e da Fabiola Gianotti per l’esperimento Atlas. Altre misure saranno necessarie almeno fino alla fine di quest’anno. L’identikit è quello della particella tanto attesa: una massa di 125,3 GeV. Se non fosse il bosone di Higgs sarebbe davvero qualcosa di strano e, per certi versi, di ancora più interessante. Ma i margini dell’incertezza statistica dichiarati da Incandela e Gianotti sono minimi.
Incominciò Murray Gell-Mann nel 1964 immaginando l’esistenza dei quark, particelle più elementari dei protoni e dei neutroni fino ad allora ritenuti i mattoni ultimi dei nuclei atomici. Fu l’inizio del Modello Standard, il paradigma della fisica moderna, al quale subito Peter Higgs contribuì con l’idea del suo bosone, poi battezzato «particella di Dio» dal fisico Leon Lederman, premio Nobel nel 1988.
L’universo così come ora lo osserviamo è fatto essenzialmente di due tipi di quark: Up e Down. La teoria però ne prevede sei, che si manifestano a energie crescenti. Uno per volta, i fisici li hanno scoperti. Il sesto, chiamato Top perché è un po’ come il tetto che sta sopra l’edificio degli altri, fu preda del Fermilab di Chicago nel 1995. Il modello prevedeva anche sei leptoni. Di essi alcuni erano già noti (elettrone, muone, neutrino elettronico), gli altri sono stati via via scoperti: ultimo arrivato il neutrino Tau, stanato nel 2000 al Fermilab.
Erano presenti all’appello anche alcune particelle che scambiano le forze fondamentali della natura, i bosoni, appunto: il «vecchio» fotone per la forza elettromagnetica (risale a Einstein), il gluone per l’interazione forte, W e Z per l’interazione debole, queste ultime scoperte da Carlo Rubbia, premio Nobel nel 1984. Era latitante invece il bosone di Higgs, e questo era un problema, perché senza di esso il Modello Standard entrerebbe in crisi. Ecco perché ieri al seminario del Cern i fisici hanno tirato un respiro di sollievo.
Ieri è stata posata una pietra miliare. La strada però rimane lunga. Una teoria molto accreditata prevede l’esistenza di particelle simmetriche a quelle già note e altre ancora. Questo mondo di Alice riflesso nello specchio potrebbe risolvere l’enigma della materia oscura di cui gli astronomi vedono nell’universo segni indiretti. Ma restando nel Modello Standard, sarebbe importante anche osservare sperimentalmente le onde gravitazionali, e quindi i gravitoni.
Per finire, qualche numero su LHC. La macchina che ha stanato la «particella di Dio» si avvale di 9600 magneti. Di questi 1746 sono superconduttori raffreddati con 190 tonnellate di elio a 1,9 Kelvin. Poiché l’universo ha una temperatura di 2,7 Kelvin, l’acceleratore del Cern è l’oggetto più freddo che esista nel cosmo. Ed è anche il più vuoto: i tubetti percorsi dai protoni contengono meno materia dello spazio interstellare.
Sull’energia raggiunta dentro LHC, invece, bisogna intendersi. Tutti i protoni accelerati in un giorno pesano appena 2 miliardesimi di grammo. Ci vorrebbe un milione di anni per accelerare un solo grammo di materia. Inoltre l’energia di ciascun protone è paragonabile a quella di una mosca in volo e quella totale dei fasci corrisponde a un battito delle mani. Le collisioni sono enormemente energetiche solo perché l’energia è concentrata nello spazio piccolissimo di un protone: un conto è battere le mani tra loro, un altro battere una mano contro la punta di uno spillo. Ecco perché le collisioni ottenute in LHC con nuclei di atomi pesanti riescono a riprodurre le condizioni del Big Bang portandoci indietro nel tempo fino a 13,7 miliardi di anni fa.
Fonte: http://www3.lastampa.it/scienza/sezioni/news/articolo/lstp/461161/
"Un ficco di neve" Il bosone di Higgs spiegato da un fisico
"Immaginate un'infinita distesa di neve, un campo esteso lungo tutto lo spazio. Il campo di Higgs è come questo: questo è fatto di fiocchi di neve, allo stesso modo il campo di Higgs è composto di piccoli quanti. Noi li chiamiamo Bosoni di Higgs". Il fisico teorico del Cern John Ellis spiega cos'è e come funziona il Bosone di Higgs, che conferma il Modello Standard delle particelle fisiche, e giustifica il fatto che abbiano masse diverse tra loro."Il Bosone svolge il lavoro di dare massa a tutte le altre particelle elementari. Le equazioni del Modello Standard sono molto simmetriche, le particelle appaiono tutte allo stesso modo, non si distingue tra quelle di massa diversa. Questa simmetria deve essere spezzata, ci deve essere qualcosa che ci permetta di differenziare: questo è il Bosone di Higgs. A seconda di come le particelle interagiscono con lui acquisiscono masse differenti. Così la simmetria è rotta". Per far capire come funziona il meccanismo Ellis riprende il paragone del campo di Higgs con la distesa di neve."Immaginate di attraversarla: uno sciatore passa sopra la neve, non interagisce con il campo, scorre via come una particella senza massa che viaggia alla velocità della luce. Se invece si cammina con gli scarponi si affonda nella neve, si viaggia meno velocemente, come una particella dotata di massa che interagisce con il campo. Se invece si affonda nella neve si va molto piano, come una particella dotata di massa maggiore".
Fonte: http://multimedia.lastampa.it/multimedia/home/lstp/160659/
"Immaginate un'infinita distesa di neve, un campo esteso lungo tutto lo spazio. Il campo di Higgs è come questo: questo è fatto di fiocchi di neve, allo stesso modo il campo di Higgs è composto di piccoli quanti. Noi li chiamiamo Bosoni di Higgs". Il fisico teorico del Cern John Ellis spiega cos'è e come funziona il Bosone di Higgs, che conferma il Modello Standard delle particelle fisiche, e giustifica il fatto che abbiano masse diverse tra loro."Il Bosone svolge il lavoro di dare massa a tutte le altre particelle elementari. Le equazioni del Modello Standard sono molto simmetriche, le particelle appaiono tutte allo stesso modo, non si distingue tra quelle di massa diversa. Questa simmetria deve essere spezzata, ci deve essere qualcosa che ci permetta di differenziare: questo è il Bosone di Higgs. A seconda di come le particelle interagiscono con lui acquisiscono masse differenti. Così la simmetria è rotta". Per far capire come funziona il meccanismo Ellis riprende il paragone del campo di Higgs con la distesa di neve."Immaginate di attraversarla: uno sciatore passa sopra la neve, non interagisce con il campo, scorre via come una particella senza massa che viaggia alla velocità della luce. Se invece si cammina con gli scarponi si affonda nella neve, si viaggia meno velocemente, come una particella dotata di massa che interagisce con il campo. Se invece si affonda nella neve si va molto piano, come una particella dotata di massa maggiore".
Fonte: http://multimedia.lastampa.it/multimedia/home/lstp/160659/
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