Q U A N T I S T I C A M E N T E      2 0 1 2

LA PARTICELLA DI DIO

tracce del suo passaggio

Senza questa particella, l'universo stesso sarebbe diverso da come noi attualmente lo conosciamo?

Direi proprio di sì. Il bosone di Higgs  gioca un ruolo nel dare massa a queste particelle, ma quello che è ancora più importante è che ha giocato un ruolo decisivo nei primissimi istanti dell'universo. L'universo come lo vediamo oggi è stato determinato dai primi momenti dopo il big bang, nei miliardesimi di secondo dopo il big bang quando la temperatura era molto alta, da questa particella che  ha fatto passare l'universo da una certa fase di simmetria per cui tutte le particelle erano senza massa, alla fase in cui le particelle hanno preso massa.

E' proprio la "particella di Dio", dunque, da dove tutto ha avuto inizio.
Il bosone di Higgs nel dare massa alle altre particelle ha dato il volto all'universo così come lo vediamo oggi. E' una particella chiave, per questo sono 40 anni e più che gli stiamo dando una caccia  molto intensa, è il ricercato numero uno delle particelle.

Ma perché tanto clamore per una particella elementare, dato che ne conosciamo oramai centinaia, che quasi ci viene da dire che l'aggettivo "elementare" non è più così appropriato ?

Per due ragioni: perché è prevista esistere da decenni, ma mai è stata trovata, e perché è l'ultima scoperta da fare per convalidare il "modello standard" , che spiega con successo, dal 1960, tutte le forze e le avventure che accadono nell'infinitesimo ma fondamentale mondo dei nuclei degli atomi, di cui pure noi siamo fatti. Inoltre la particella sarebbe abbinata a una proprietà, il campo di Higgs, grazie al quale le altre particelle elementari che ne entrano in contatto acquisterebbero un parametro fondamentale , la loro massa. E non è poco. Insomma se lo trovassero i fisici sarebbero sollevati parecchio, dato che giustificherebbe il modello standard e buona parte della fisica che è stata finora sviluppata in questo campo e aprirebbe allo stesso tempo la caccia alla prossima teoria che comprenda tutte le forze della natura.

(Il modello di Leopoldo Benacchio e all'interno articolo di Andrea Carobene, e Gian Francesco Giudice - Il Sole 24 Ore - leggi su http://24o.it/7ZmOX)

  da Wikipedia

Una teoria quantistica dei campi che descrive tre delle quattro forze fondamentali note e tutte le particelle elementari ad esse collegate, ossia l’interazione forte, elettromagnetica e debole (queste ultime due unificate nell’interazione elettrodebole). La forza gravitazionale rimane l’unica interazione a non essere descritta dal modello. Si tratta di una teoria di campo quantistica coerente sia con la meccanica quantistica che con la relatività speciale.  

Ideato dal fisico inglese Peter Higgs quasi cinquant’ anni fa mentre – si racconta - passeggiava sulle colline scozzesi, il Bosone è la particella che garantisce la massa a tutte le altre particelle elementari.

Per molti anni è stato inutilmente cercato ed ora le sue tracce sono chiare, come dichiarato, anche se con prudenza da scienziati, da Guido Tonelli e Fabiola Gianotti, responsabili rispettivamente di Cms e Atlas, gli esperimenti che effettuano al Cern di Ginevra e che da un paio d’anni, ossia da quando funziona l’acceleratore di particelle Lhc, stanno cercando proprio lui: il Bosone.

In ben due esperimenti recenti, gli scienziati italiani hanno visto dei segnali che indicherebbero che il Bosone si trova in una regione di massa compresa tra i 124 e i 126 miliardi di elettronvolt (GeV) con una probabilità del 99%.

Oggi abbiamo teorie "fondamentali" che descrivono tutti gli aspetti del mondo in modo spettacolarmente efficace. Una è la relatività generale di Einstein, che qui non ci interessa, perché riguarda la gravità che non ha praticamente effetto sulle particelle osservate al Cern: la gravità riguarda l’Universo in grande, oppure scale estremamente più piccole di quelle osservate al Cern.

L’altra è una potentissima teoria che spiega tutto il resto, incorpora l’elettromagnetismo, la teoria di Fermi e le altre teorie sulle particelle elementari.

Questa potentissima teoria ha un nome deprimente, il “Modello standard”, e spesso non gode di buona stampa, perché è più intricata e meno "elegante" che non le stupende teorie di Einstein, Maxwell o Newton. Eppure è una teoria che da trent’anni non fa che stupire gli scienziati per quanto funziona bene.

Ora, tutte le particelle della teoria sono state identificate, tranne, appunto, il Bosone, l’ultima particella della lista, la sola che manchi all’appello, sicchè averne trovato traccia, conferma una bella teoria ed il fatto che l’abbiano trovata due italiani, ci da speranza che la nostra intelligenza scientifica non sia del tutto tramontata.

Poiché il Bosone di Higgs spiega la natura della materia e le differenze di massa che distinguono le particelle, Leon Lederman (Nobel per la fisica 1988) lo ha battezzato “la particella di Dio" ed è per questo chela scoperta del Cern, divulgata ieri, (14 dicembre 2011) ci pare davvero un bel regalo di Natale per un’Italia davvero affranta, con manovra necessaria ma recessiva ed attesa di una ulteriore pedita di Pil e di almeno altri 800.000 posti di lavoro. Nel 600, in Inghilterra, mentre serpeggiava una grave crisi, si diceva che che Dio aveva mandato sulla Terra Newton perché rivelasse i segreti dell’ Universo.

Ora speriamo che la scoperta italiana sia di portata tale da farci capire non solo come funziona, ma come migliorare l’universo e con lui la nostra esistenza. Come ha detto Margherita Hack, comunque, commentando la scoperta, “Su quanto i nostri ricercatori siano bravi non c’e’ discussione.

Il problema e’ che solo in grandi laboratori internazionali come il Cern trovano risorse sufficienti per lavorare, mentre da noi non ci sono posti”.      

 (tratto da Agorà Magazine)

«Un valore inferiore a 126 gigaelettronvolt ha delle implicazioni molto interessanti. Ad esempio lascia aperta una minuscola possibilità che il campo di Higgs cambi stato, un po’ come un mare che inizi a bollire - spiega Isidori -. In queste drammatiche condizioni le particelle acquisterebbero all’improvviso una massa enorme e ciò renderebbe impossibile non solo l’esistenza degli atomi, ma anche di singoli protoni o neutroni e naturalmente di stelle o pianeti. Ma per fortuna ciò accadrà solo in un lasso di tempo molto maggiore di quello trascorso dal Big Bang ad oggi». Ma non è tutto, perché dalla cattura del bosone di Higgs dipende anche la possibilità di comprendere grandi misteri, come l’esistenza di materia ed energia oscure.

L’immaginazione degli scienziati è pronta a volare, ma i ricercatori hanno bisogno di tempo. «I risultati di oggi hanno ridotto i possibili nascondigli della tigre da un’intera giungla a un piccolo cespuglio in cui abbiamo intravisto degli ondeggiamenti.

Nel 2012 sapremo se esiste e dove si trova dice Sergio Bertolucci, direttore della ricerca del Cern.

La particella di Dio grazie alla quale esiste la massa, il bosone di Higgs, e’ l’ultimo mattone necessario per confermare con i dati la teoria che costituisce il pilastro della fisica contemporanea, chiamata Modello Standard.
L’esistenza di una simile particella e’ importantissima, alla luce delle conoscenze fisiche attuali perche’ senza la massa l’universo intero avrebbe un aspetto completamente diverso. Per esempio, se gli elettroni non avessero una massa non potrebbero esistere gli atomi e senza massa la materia ordinaria, quella che ogni giorno e’ sotto i nostri occhi, non esisterebbe. Per questo a partire dal 1964 i fisici hanno ritenuto indispensabile l’esistenza di una particella di questo tipo nel quadro delle teorie che descrivevano il mondo dell’infinitamente piccolo, il Modello Standard.
Quest’ultimo e’ il modello che prevede l’esistenza di tutti gli ‘’ingredienti’’ fondamentali dell’universo cosi’ come lo conosciamo. Comprende 12 particelle elementari organizzate in due famiglie: i quark e i leptoni, che sono i veri e propri mattoni della materia (presenti nell’infinitamente grande, come nelle galassie, negli stessi esseri umani come nel mondo microscopico). Il Modello Standard prevede poi un’altra famiglia di 12 particelle, che sono i messaggeri delle tre forze della natura che agiscono nell’infinitamente piccolo (chiamate forza forte, elettromagnetica e debole). Di queste particelle-messaggero fanno parte, ad esempio, 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 all’interno del nucleo dell’atomo.

Cos’è il modello standard? SPIEGHIAMO MEGLIO....

 La teoria relativistica applicata all'equazione di Schrodinger porta a delle incongruenze se si considerano le particelle subnucleari (protoni e neutroni) come elementari (cioè non costituite da altre particelle) l'equazione che formalizza la relatività in forma quantstica è l'equazione di Dirac. Perchè la teoria funzioni però è necessario che le particelle suddette siano costituite da altre più elementari che i fisici chiamano Quark liberamente rifacendosi al "Risveglio di Finnegans" di J.Joyce. I protoni e i neutroni quindi sarebbero costituiti da 3 quark e si differenziano per una serie di numeri quantici diversi dai numeri quantici ordinari degli atomi. Charm, colore, sapore sono solo alcuni di questi numeri quantici. Quando al Cern fu diviso per la prima volta il protone un enorme sciame di particelle (adesso si elementari) si sprigionò. L'equivalenza massa energia comporta quindi che per ogni interazione che esista in natura si possa definire una particella virtuale che ne è mediatrice. Queste particelle si differenziano a secondo della statistica a cui ubbidiscono ma per dirla in breve quelli a Spin intero si dicono Bosoni (rispettano la statistica di Bose-Einstein) quelli a spin semiintero si dicono Fermioni (statistica di Fermi-Dirac). Molte altre circostanze portarono alla soperta di particelle intermedie che erano invece costituite da due quark (mesoni) e quindi vi era anche l'esigenza di ulteriormente suddividere il mondo particellare attraverso altri numeri quantici con la conseguenza che si moltiplicavano il numero di particelle. Quindi il modello standard segue proprio questo tipo di procedimento suddividendo la natura in infinite particelle per le interazioni e per il mondo fisico. In quest'ottica ad esempio per l'elettromagnetismo come mediatore esiste il fotone. Per le interazioni deboli gli studi di madame Wu portarono alla conoscenza di quello che era il decadimento beta e quindi alla conoscenza di particelle mediatrici per questa che rispettavano le leggi dell'elettromagnetismo (primo tentativo di grande unificazione) nasceva così la elettroquantocromodinamica ma nel quadro mancava sempre il quanto capace di spiegare la più grande delle interazioni, la gravità. Serviva quindi una particella mediatrice che legasse l'interazione debole, forte e l'elettromagnetismo alla gravità.

In questo il modello standard delle particelle elementari manca mentre la Teoria M di Witten riesce a spiegarlo.

La sua teoria (che è poi il presupposto per il quale si è sviluppata la teoria delle stringhe) è che le interazioni gravitazionali hanno un range che va al di sotto dell'interazione debole e quindi rilevabile solo alle grandi energie che si possono liberare in una esplosione di supernova o in un buco nero. La direzione verso la quale si sta dirigendo ora l'LHC è proprio questa. Inizialmente l'esperimento avrebbe dovuto consentire di spiegare una anomalia nel modello standard che presenta delle asimmetrie (la Violazione di coniugazione e parità (violazione CP) ne è una).Higgs propose come particella mediatrice un bosone che poteva interagire con le altri grandi forze e unificare i campi. Con questo presupposto si è costruito l'LHC ma l'avvento della teoria M ha modificato gli obiettivi perchè tale teoria riuscirebbe a spiegare una l'incongruenza temporale del big bang che il modello standard non riesce a spiegare. Per il modello standard infatti nell'istante del Big bang si è generato il tempo e questa è una teoria che presenta delle difficoltà enormi perchè tachionica. La teoria delle stringhe evita questo ponendo la nostra realtà in un mondo ben diverso composto da ben 11 dimensioni e questo universo multidimensionale avrebbe come particella capace di passare le falde il solo mediatore della interazione gravitazionale che verrebbe in questo modello visto come una stringa.

L’analogia con il cocktail party serve a spiegare il tutto: immaginate una festa in cui tutti gli ospiti sono disposti nello spazio in modo casuale. La stanza rappresenta il campo di Higgs, che corrisponde all’”ovunque” dell’Universo. Improvvisamente, entra una celebrità: gli ospiti la notano e rapidamente si accalcano per avvicinarvisi, formando così una struttura compatta.

A mano a mano che la celebrità attraversa la stanza, il cumulo concentrato di ospiti che sta intorno ad essa fornisce il “momento addizionale” al gruppo. L’ammasso è sempre più difficile da fermare rispetto all’elemento singolo, di conseguenza in base a ciò possiamo dire che l’assembramento ha acquisito massa.

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A P P R O F O N D I M E N T I   

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