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La Particella di Dio – il bosone di Higgs

 

La frase “Particella di Dio” è stata intonacata sulle prime pagine dei notiziari ovunque quando la scoperta della particella e stata annunciata nel 2012. “God Particle Discover” è un titolo molto più affascinante di “Scoperto il bosone di Higgs”, ma la maggior parte dei fisici odia questo termine.

La storia narra che il fisico vincitore del premio Nobel Leon Lederman si riferisse al bosone di Higgs come alla “Dannata particella”. Il soprannome aveva lo scopo di prendersi in giro per quanto fosse difficile rilevare la particella. Ci sono voluti quasi mezzo secolo e un acceleratore di particelle di 10 miliardi di euro per farlo.

“The Goddamn Particle” doveva essere il titolo del libro di Lederman uscito negli anni ’90 ed era molto popolare per un libro sulla fisica. Tuttavia, i suoi editori non erano esattamente d’accordo con quel nome, quindi il titolo è stato cambiato in “The God Particle “, sfortunatamente la versione del nickname dell’editore è rimasta. Oltre al legame irrilevante con la religione, il soprannome non fa nulla per aiutare a spiegare cosa fa effettivamente il bosone di Higgs.

Per capire veramente cos’è il bosone di Higgs, tuttavia, dobbiamo esaminare una delle teorie più importanti che descrivono il modo in cui funziona il cosmo: il modello standard . Il modello ci viene fornito attraverso la fisica delle particelle , un campo pieno di fisici dedicati a ridurre il nostro universo complicato ai suoi mattoni più elementari. È una sfida che affrontiamo da secoli e abbiamo fatto molti progressi. Prima abbiamo scoperto atomi, quindi protoni, neutroni ed elettroni e infine quark e leptoni (più su quelli successivi). Ma l’universo non contiene solo materia; contiene anche forze che agiscono su tale questione. Il modello standard ci ha fornito maggiori informazioni sui tipi di materia e forze rispetto a qualsiasi altra teoria che abbiamo.

Ecco l’essenza del modello standard, che è stato sviluppato nei primi anni ’70: Il nostro intero universo è composto da 12 diverse particelle di materia e quattro forze.

Tra quelle 12 particelle, abbiamo sei quark e sei leptoni.

I quark  formano protoni e neutroni, mentre i membri  della famiglia leptonica comprendono l’elettrone e neutrino , la sua controparte caricata neutralmente.

Gli scienziati pensano che leptoni e quark siano indivisibili; che non puoi dividerli in particelle più piccole. Insieme a tutte quelle particelle, il modello standard riconosce anche quattro forze: gravita , elettromagnetica, forte e debole.

A quanto pare, gli scienziati pensano che ognuna di queste quattro forze fondamentali abbia una corrispondente particella portatrice, o bosone , che agisce sulla materia. È un concetto difficile da capire. Tendiamo a pensare alle forze come cose misteriose ed eteree che si trovano a cavallo tra l’esistenza e il nulla, ma in realtà sono reali quanto la materia stessa.

La materia non può avere intrinsecamente massa senza che il bosone di Higgs. Non secondo il modello standard. Ma i fisici hanno trovato una soluzione. Che cosa succede se tutte le particelle non hanno massa intrinseca, ma invece guadagnano massa passando attraverso un campo? Questo campo, noto come campo di Higgs , potrebbe influenzare particelle diverse in modi diversi. I fotoni potrebbero scorrere inalterati, mentre i bosoni W e Z si impantanerebbero di massa. Infatti, supponendo che esista il bosone di Higgs, tutto ciò che ha massa lo ottiene interagendo con l’onnipotente campo di Higgs, che occupa l’intero universo. Come gli altri campi coperti dal modello standard, quello di Higgs avrebbe bisogno di una particella vettore per influenzare altre particelle, e quella particella è conosciuta come il bosone di Higgs.

Stabilire l’esistenza di una nuova forma di materia è un risultato raro, ma il risultato ha risonanza in un altro campo: la cosmologia, lo studio scientifico di come l’intero universo iniziò e si sviluppò nella forma a cui ora assistiamo. Per molti anni, i cosmologi che studiavano la teoria del Big Bang furono ostacolati. Avevano messo insieme una solida descrizione di come l’universo si è evoluto da una frazione di secondo dopo l’inizio, ma non sono stati in grado di fornire alcuna comprensione di ciò che ha spinto lo spazio per iniziare ad espandersi in primo luogo. Quale forza avrebbe potuto esercitare una così potente spinta verso l’esterno? Per tutto il suo successo, la teoria del Big Bang ha lasciato fuori il botto.

Infine, e forse la cosa più importante, la scoperta della particella di Higgs è un sorprendente trionfo del potere della matematica di rivelare il funzionamento dell’universo. È una storia che è stata ricapitolata in fisica numerose volte, ma ogni nuovo esempio è elettrizzante allo stesso modo.

La possibilità di buchi neri è emersa dalle analisi matematiche del fisico tedesco Karl Schwarzchild; osservazioni successive hanno dimostrato che i buchi neri sono reali.

La cosmologia del Big Bang è emersa dalle analisi matematiche di Alexander Friedmann e anche di Georges Lemaître; osservazioni successive dimostrarono che anche questa intuizione era corretta.

Il concetto di antimateria emerse per la prima volta dalle analisi matematiche del fisico quantistico Paul Dirac; esperimenti successivi hanno dimostrato che anche questa idea è giusta.

Il campo di Higgs è emerso da studi matematici alla ricerca di un meccanismo per dotare le particelle di massa. E ancora una volta la matematica è arrivata a pieni voti.

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