E soprattutto è proprio esclusivamente dell’uomo l’accurata e laboriosa ricerca del vero.
Cicerone
E' nato il 4 luglio ufficialmente in Europa, al CERN di Ginevra, il più grande centro di ricerca di fisica nucleare al mondo. L'annuncio, con tutte le precauzioni, è quello che tutti si aspettavano: è lui, con tutta probabilità, con una parte su un milione di incertezza, il bosone di Higgs, la particella la cui esistenza è stata proposta da Peter Higgs, nel 1964. Lo dicono i risultati dei miliardi e miliardi di "collisioni" fra particelle a velocità prossime a quelle della luce create nel 2011 e 2012 nel più grande acceleratore di particelle mai costruito, il Large Hadron Collider, LHC, una ciambella del diametro di oltre 20 chilometri che passa dal confine svizzero alla Francia e ritorna a Ginevra. Lì dentro magneti alti una ventina di metri hanno guidato con precisione assoluta i fasci di particelle a collidere a velocità prossime alla luce. Dalle collisioni di fasci che girano nell'LHC in senso opposto e dall'analisi dei frammenti delle collisioni compare il bosone di Higgs. Giova pensare che su miliardi e miliardi di "scontri" che si provocano ogni giorno dentro LHC solo pochi possono contenere i segnali giusti. E quel che ne è venuto fuori è una nuova particella, le cui caratteristiche sono compatibili con quelle del bosone che si cerca da 50 anni, con una massa di 125.3 GeV. Una particella bella pesante insomma, dato che sarebbe 133 volte più massiccia del protone, quello al cuore di ogni atomo e che tutti noi abbiamo studiato al liceo, assieme a neutrone ed elettrone. Ma c'è prudenza e molti pensano siano necessari altri mesi di esperimenti, raccolta dati e studio. Ma se non fosse Higgs sarebbe quasi meglio per molti fisici, sarebbe infatti una particella nuova, sconosciuta e senz'altro importante, data la massa non trascurabile. Daniela Bortoletto, italiana che insegna alla Purdue University in USA e fa la spola fra il più grande laboratorio di fisica nucleare americano, il Fermilab e LHC a Ginevra è fra i prudenti, entusiasti ma prudenti ed è la persona ideale, quasi di raccordo fra i due mondi che si sono passati il testimone della caccia a Higgs. "In USA non avevamo la potenza necessaria per andare oltre un ragionevole sospetto e quindi ora si torna qui a Ginevra e i risultati sono eccezionali, ma abbiamo bisogno di ancora maggiori prove e i prossimi mesi, fino a fine anno, che ci aspettano sono sicura potranno fugare gli ultimi dubbi in un senso o nell'altro. Non dimentichiamo poi che la macchina LHC, dopo una riparazione, arriverà fra 2 anni al doppio di potenza, 14 tera elettronvolt (TeV)".
E' scherzosamente chiamata 'particella di Dio' perché grazie ad essa ogni cosa ha una massa e la materia esiste così come la conosciamo. I fisici preferiscono chiamarla bosone di Higgs, dal nome del britannico Peter Higgs che ne aveva previsto l'esistenza. Una particella come questa è necessaria: è l'ultimo mattone del quale la fisica contemporanea ha bisogno per completare la principale delle sue teorie, chiamata Modello Standard. Questo è una sorta di "catalogo della materia" che prevede l'esistenza di tutti gli ingredienti fondamentali dell'universo così come lo conosciamo. Comprende 12 particelle elementari organizzate in due famiglie: i quark (un quark è un fermione elementare che partecipa all'interazione forte. In natura i quark non si trovano mai isolati, ma solo uniti in particelle composte dette adroni, come per esempio il protone e il neutrone, i quark sono sei, denominati: up, down, charme, strange, top e bottom) e i leptoni. Un leptone è una particella che a oggi si ritiene sia puntiforme, quindi fondamentale, cioè non composta da altre particelle (al contrario degli adroni che sono composti da quark). I leptoni sono suddivisi in tre famiglie: gli elettroni, i muoni ed i tauoni; ad ognuna di queste è associato un particolare neutrino. Tutti i leptoni conosciuti fanno parte della famiglia dei fermioni, poiché hanno tutti spin 1/2 inoltre hanno tutti una carica. Ci sono sei tipi di leptoni: tre con carica negativa e tre con carica neutra. L'elettrone, il muone e il tauone si differenziano per la loro massa. In tal senso, una delle sfide più importanti della fisica moderna riguarda proprio la ricerca del motivo di questa differenza in massa. Il Modello Standard prevede l'esistenza di una particella molto pesante, proprio il bosone di Higgs, che determinerebbe, a seconda dell'interazione con i leptoni, la loro massa.
In sostanza, secondo il Modello Standard la materia è costituita da particelle dette fermioni che interagiscono fra loro grazie alle interazioni fondamentali mediate da altre particelle elementari i bosoni di gauge. (In natura sono state individuate quattro forze fondamentali, o interazioni fondamentali, che sono alla base degli scambi di energia tra le particelle e che sono responsabili della struttura dell'Universo: l'interazione gravitazionale, l'interazione elettromagnetica, l'interazione nucleare forte e l'interazione nucleare debole. Per energie dell'ordine dei 100 GeV, la forza elettromagnetica e la forza nucleare debole si presentano come un'unica interazione, nota come interazione elettrodebole. I fotoni sono i bosoni di gauge delle interazioni elettromagnetiche, i gluoni sono i bosoni di gauge delle interazioni nucleari forti, e i bosoni W e Z sono i bosoni di gauge delle interazioni deboli. I gravitoni, che potrebbero esere i bosoni di gauge dell'interazione gravitazionale non sono stati ancora individuati).
I fermioni sono raggruppati in tre generazioni, ognuna composta da due leptoni e due quark; complessivamente la materia è costituita, quindi, da 6 quark e 6 leptoni.
Come s'è detto, la materia comprende una famiglia di particelle, dette bosoni di gauge, che sono i messaggeri delle tre interazioni,chiamate forza forte, elettromagnetica e debole. Di queste particelle-messaggero fanno parte i componenti elementari della luce chiamati fotoni, e i gluoni, che sono la colla che unisce fra loro i mattoni della materia, come i quark nel nucleo dell'atomo.
Tutti questi componenti della materia sarebbero privi di massa: è il bosone di Higgs che li costringe a interagire tra loro e ad aggregarsi. Il cosiddetto meccanismo di Higgs è il meccanismo teorico che conferisce massa ai bosoni di gauge e, nel suo aspetto più generale a tutte le particelle. Per questo in una delle descrizioni più celebri si paragona il bosone di Higgs ad un personaggio famoso che entra in una sala piena di persone, attirando intorno a sè gran parte dei presenti. Mentre il personaggio si muove, attrae le persone a lui più vicine mentre quelle che lascia alle sue spalle tornano nella loro posizione originale e questo affollamento aumenta la resistenza al movimento. Vale a dire che il personaggio acquisisce massa, proprio come fanno le particella che attraversano il campo di Higgs: le particelle interagiscono fra loro, vengono rallentate dall'attrito, non viaggiano più alla velocità della luce e acquisiscono una massa.
Eugenio Caruso
4 luglio 2012
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