Il bosone di Higgs


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