In questi giorni abbiamo sentito parlare molto del bosone di
Higgs, anche da persone che dimostrano di non avere una grande comprensione dell’argomento
che per dovere di cronaca riportano. Approfittando del fatto che il presidente
di OpenLab è un eminente fisico teorico, il Professor Roberto Casalbuoni, abbiamo
chiesto al nostro presidente un breve commento sull’importanza delle notizie
che provengono dal CERN.
LHC e il bosone di Higgs
Il 13 Dicembre, nell’auditorium del CERN di Ginevra, sono stati tenuti due
seminari da parte dei principali responsabili dei due maggiori esperimenti
all’acceleratore LHC (Large Hadron Collider) del CERN. Questi due esperimenti,
ATLAS e CMS, sono guidati da due fisici italiani, rispettivamente Fabiola
Gianotti e Guido Tonelli cha hanno presentato gli ultimi sviluppi nelle ricerca
della particella di Higgs. Ma cos’e’ questa particella e che proprieta’
possiede? Senza esagerazioni la si puo’ considerare come la chiave di volta
dell’edificio che i fisici hanno costruito per tenere conto delle particelle
elementari e delle loro interazioni, il “modello standard”. Le moderne teorie
delle particelle elementari cercano una difficile unificazione della fisica
quantistica e della teoria della relativita’. Infatti si e’ trovato che e’
molto difficile fare questo sposalizio ed ottenere una teoria matematicamente
consistente. Esiste un gruppo speciale e ristretto di teorie, quelle che si
chiamano “teorie di gauge”, in cui il matrimonio e’ possibile senza conseguenze
assurde. Queste teorie sono caratterizzate da simmetrie particolari,
cioe’ dal fatto che e’ possibile trasformare le soluzioni della teoria secondo
particolari regole, ottenendo ancora delle soluzioni. Pero’ affinche’ questo
matrimonio riesca alla perfezione risulta assolutamente necessario che la
simmetria venga rispettata nel modo piu’ rigoroso. Nel caso specifico del
“modello standard”, una conseguenza della simmetria e’ che tutte le
particelle si devono muovere alla velocita’ della luce o, come si dice, devono
avere massa nulla. Questo e’ contrario a quanto sappiamo, infatti (con la
debita considerazione per i neutrini superveloci dell’esperimento di OPERA}
tutte le particelle si muovono a velocita’ inferiore a quella della luce, come
dire che hanno una massa. Ma il fatto che abbiano massa implica che la
simmetria del modello standard non puo’ essere esatta e quindi abbiamo
nuovamente problemi di consistenza. Negli anni 50, Peter Higgs (e non solo)
mostro’ che era possibile generare delle masse preservando una simmetria, al
prezzo di introdurre una nuova particella, il bosone di Higgs. Quando si
applica questo meccanismo al modello standard si puo’ far si che tutte le
particelle acquistino una massa pur salvando la simmetria e quindi la
consistenza matematica. Come si vede l’esistenza del bosone di Higgs e’
fondamentale per far stare in piede l’attuale teoria delle particelle
elementari e questo, da solo, giustifica l’importanza che i fisici danno alla
scoperta del bosone di Higgs.
Gli
ultimi risultati di ATLAS e CMS, comunicati il 13 Dicembre ci dicono che il
bosone di Higgs puo’ stare solo in un intervallo ristretto di masse, cioe’ se
la particella esiste la sua massa deve stare approssimativamente tra
115 e 130 GeV, oppure deve essere maggiore di circa 450 GeV. Inoltre entrambi
gli esperimenti vedono un eccesso di eventi ad una massa di circa 125 GeV
(quindi nell’intervallo permesso) che potrebbero attribuirsi alla presenza di
un Higgs a quella massa. Statisticamente questo eccesso di eventi non e’ cosi’
grande da non poter essere attribuita ad altri meccanismi, dovremo dunque (come
hanno detto entrambi gli oratori) aspettare l’anno prossimo con un numero
maggiore di eventi per essere completamente convinti che l’Higgs sia presente
in quello stretto intervallo di masse. Come ulteriore elemento a favore
dell’esistenza di un Higgs di 125 GeV e’ il fatto che sono stati visti tre
eventi in cui l’Higgs produce 4 particelle leggere e questi eventi sono difficilmente
attribuibili ad altre cause. Quello che si puo’ concludere e’ che ad oggi c’e’
una buona evidenza per la scoperta di questa particella ma, per essere
completamente convinti e sicuri, occorrera’ avere un po’ di pazienza ed
aspettare ancora alcuni mesi.
Roberto
Casalbuoni, Dipartimento di Fisica Universita’ di Firenze