Un approfondimento in visione dell’incontro con il Dr. Bilei per la comprensione della scoperta della “particella di Dio”.
Intanto un po’ di storia per i curiosi. In fisica delle particelle, una particella elementare è il costituente elementare della materia, un oggetto indivisibile, che non è composto da particelle più semplici. Fino agli inizi del XIX secolo si pensava che l’atomo fosse il costituente elementare della materia e, quindi, veniva considerato indivisibile per definizione. La scoperta che l’atomo ha una sua struttura interna, è cioè composto di particelle subatomiche più semplici (i quark), diede vita alla teoria atomica, e quindi alla fisica delle particelle. Dopo le scoperte iniziali di elettrone, protone e neutrone, il numero ed il tipo delle particelle elementari scoperte crebbero in modo continuo portando all’introduzione del cosiddetto modello standard, che descrive tutte le particelle ad oggi note e tre delle quattro forze fondamentali note, ossia l’interazione elettromagnatica, l’interazione nucleare forte e l’interazione nucleare debole. Nell’ambito del Modello Standard, che si fonda sulla meccanica quantistica, le particelle che compongono l’universo si distinguono in particelle-materia (quark, elettroni e neutrini), dotate di massa, e particelle-forza (o particelle di gauge o bosoni) portatrici delle forze esistenti in natura. I fotoni e i gluoni (mediatori, rispettivamente, della forza elettromagnetica e della forza nucleare forte) hanno massa zero, carica elettrica nulla e spin 1, mentre i bosoni W e Z (mediatori della forza nucleare debole) sono dotati di massa. Anche il bosone di Higgs, particella vettore del campo di Higgs, è dotato di massa. Relativamente al termine particella, va notato che la meccanica quantistica ha superato la rigida distinzione tra particelle e onde che aveva caratterizzato la fisica del XIX secolo. Infatti la fisica del XX secolo, a partire da Planck e Einstein, ha dimostrato che le onde presentano aspetti corpuscolari mentre la materia presenta aspetti ondulatori, tra loro indissolubilmente legati. Il bosone di Higgs è un bosonemassivo e scalare previsto dal Modello standard. Teorizzato nel 1964, una particella con caratteristiche compatibili con il bosone di Higgs è stata osservata nel 2012 negli esperimenti ATLAS e CMS, condotti con l’acceleratoreLHC. Esso gioca un ruolo fondamentale in quanto portatore di forza del campo di Higgs, che secondo la teoria permea l’universo conferendo la massa alle particelle elementari. La sua importanza è anche dovuta al fatto che può garantire la consistenza del Modello standard, che senza di esso descriverebbe processi con una probabilità maggiore di uno, risultando inefficace. Il bosone di Higgs è dotato di massa propria, il cui valore non è previsto dal Modello standard. Misure indirette dalle determinazioni dei parametri elettrodeboli danno indicazioni che i valori più probabili siano comunque relativamente bassi, in un intervallo accessibile al Large Hadron Collider presso il CERN. Molti modelli supersimmetrici predicono inoltre che il valore più basso possibile della massa del bosone di Higgs sia intorno a 120 GeV o meno, mentre la teoria dà un limite massimo di circa 200 GeV (≈3,5 ·10-25kg). Ricerche dirette effettuate al LEP hanno permesso di escludere valori inferiori a 114,5 GeV.
Al 2002 gli acceleratori di particelle hanno raggiunto energie fino a 115 GeV. Benché un piccolo numero di eventi che sono stati registrati potrebbero essere interpretati come dovuti ai bosoni di Higgs, le prove a disposizione sono ancora inconcludenti. A partire dal 2001 la ricerca del bosone di Higgs si è spostata negli Stati Uniti, studiando le collisioni registrate all’acceleratore Tevatron presso il Fermilab. I dati lì raccolti hanno consentito di escludere l’esistenza di un bosone di Higgs con massa compresa tra 160 e 170 GeV. Simulazione di un evento in un acceleratore di particelle che dovrebbe generare un bosone di Higgs. Come detto, ci si aspetta che LHC, che dopo una lunga pausa ha iniziato a raccogliere dati dall’autunno 2009, sia in grado di confermare l’esistenza di tale bosone. Il 13 dicembre 2011, in un seminario presso il Cern, era stata illustrata una serie di dati degli esperimenti ATLAS e CMS, coordinati dai fisici italiani Fabiola Gianotti e Guido Tonelli, che individuavano il bosone di Higgs in un intervallo di energia fra i 124 e 126 GeV con una probabilità prossima al 99%. Benché tale valore fosse sicuramente notevole, la comunità scientifica richiede che sia raggiunto un livello di confidenza, ossia una possibilità di errore dovuto al caso (nella fattispecie a fluttuazioni quantistiche), non superiore a 6 parti su 10 milioni, corrispondente a una probabilità del 99,99994% (5 deviazioni standard), prima di poter annu nciare ufficialmente una scoperta. Il 5 aprile2012, nell’anello che corre con i suoi 27 km sotto la frontiera tra Svizzera e Francia, è stata raggiunta l’energia massima mai toccata di 8 000 miliardi di elettronvolt (8 TeV). Gli ulteriori dati acquisiti hanno permesso, il 4 luglio 2012, l’annuncio da parte del CERN della scoperta di una particella compatibile con il bosone di Higgs, la cui massa risulta intorno ai 126 GeV per l’esperimento ATLAS e ai 125,3 GeV per l’esperimento CMS. L’accuratezza delle misure ha raggiunto la precisione richiesta di 5 sigma (5 deviazioni standard), ovvero una probabilità del 99,9996%. Una migliore definizione delle caratteristiche della particella rilevata sarà disponibile entro la fine del 2012.
A cura del socio Giuseppe Nardelli
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