di  -  giovedì 5 luglio 2012

4 Luglio 2012, CERN press release e presentazione in diretta all’ICHEP a Melburne, una delle conferenze più importanti in fisica delle particelle. Una data che verrà sicuramente ricordata nella storia, poiché rappresenta veramente il fiocchetto che chiude la teoria del Modello Standard, sostanzialmente completando una teoria che ha cominciato a svilupparsi circa cinquant’anni fa (e di cui abbiamo già parlato in abbondanza su questo blog).

La prima idea che ha portato al così detto Modello Standard risale al 1964, quando Murray Gell-Mann e George Zweig hanno proposto per la prima volta l’idea dei quarks, i componenti fondamentali di particelle quali neutrone e protone, che non sono particelle elementari (date un’occhiata a questo sito per avere un’idea sullo zoo di particelle). Da quel momento moltissimi sforzi sono stati dedicati a risolvere una parte del Modello Standard chiamata QCD, Quantum Chromo Dynamics. La parola “chromo”, colore, deriva dal fatto che i quark hanno una carica di tipo speciale, indicata come “colore”, simile ma diversa dalla carica elettrica.

Nel frattempo si stava comprendendo anche l’altro aspetto del Modello Standard, la forza elettromagnetica e, pian piano, anche la forza debole. L’ago della bilancia è consistito nella teoria di Glashow, che nel 1960 ha unito la forza elettromagnetica e la forza debole nella forza elettrodebole. Quest’idea si è rivelata vincente, ma inizialmente non sembrava tornare bene. L’ idea di fondo è di avere delle particelle particolari, chiamate bosoni mediatori, che trasportano le forze fondamentali. Sarebbe quindi bellissimo avere un unico bosone per la forza elettrodebole.

Per esempio il fotone, il bosone mediatore della forza elettromagnetica, sarebbe il candidato ideale. Purtroppo, però, questa situazione ideale non è stata verificata ed è stato necessario introdurre una spiegazione più complessa: nel 1967 Steven Weinberg e Abdus Salam hanno incorporato il Meccanismo di Higgs nella teoria elettrodebole. Il tutto si basa sul fenomeno della rottura spontanea della simmetria: le equazioni di Glashow risultano simmetriche, ovvero predicono che il bosone mediatore sia sempre lo stesso in qualsiasi punto del “campo quantistico” elettrodebole. Ad energie più basse di un centinaio di GeV (ricordiamo che in fisica l’elettronvolt è un’unità di misura dell’energia, definito come l’energia cinetica acquistata da un elettrone quando è accelerato da una differenza di potenziale di 1 volt nel vuoto) la simmetria si rompe (o meglio, rimane nascosta a livello matematico, senza apparire nei risultati) e appaiono diversi bosoni mediatori.

Tutto bene quindi, non sarà la situazione ideale di un unico bosone che spiega tutto, ma anche se sono più di uno andrebbe bene lo stesso. Ebbene, la cosa è ancora più complicata, infatti i due bosoni aggiuntivi che descrivono la forza elettrodebole (chiamati W e Z) sembrano avere una massa. Questo però sarebbe impossible, infatti il teorema di Goldstone dice che si, quando si rompe la simmetria appaiono nuovi bosoni, ma sono tutti privi di massa. Come è possibile che questi bosoni abbiano una massa? A questo punto arriva il famigerato meccanismo di Higgs, che spiega che, accoppiando un particolare bosone ai bosoni mediatori generati dalla rottura della simmetria, questi ultimi possono acquisire una massa. Ecco quindi apparire il bosone di Higgs!

In sostanza, quindi, il bosone di Higgs è ciò che serve per far funzionare l’intero Modello Standard, la nostra descrizione delle forze e particelle fondamentali della natura. È nel 1974 che John Iliopoulos ha utilizzato per la prima volta il termine Modello Standard, per definire l’insieme di teorie che descrivono lo zoo di particelle fondamentali. Tra gli anni 70 e 80, in acceleratori quali il LEP al CERN, DESY in Germania e il Tevatron al Fermilab, negli Stati Uniti, è stato un piovere di particelle: evidenze sperimentali di tutti i quark (tranne il quark top, che si è fatto aspettare fino al 1995), i bosoni W e Z, e i leptoni carichi, elettroni, muoni e tau.

Solo il bosone di Higgs manca all’appello, e ormai sono anni che lo si va cercando. L’acceleratore LEP è riuscito, con un livello di confidenza del 95%, ad escludere masse inferiori a 114 GeV, per la particella di Higgs. Anzi, proprio sopra questa massa, attorno ai 115 GeV, diversi esperimenti del LEP, tra cui Aleph, avevano il sospetto di vedere una nuova particella. Purtroppo però non c’è stato tempo di raccogliere più dati, poiché nel 2000 il LEP ha dovuto chiudere per dare spazio all’LHC. Nel 2010 sono arrivate notizie anche dal Fermilab, dove misure combinate degli esperimenti CFD e D0 hanno escluso l’esistenza dell’Higgs nella regione tra 158 e 175 GeV. A Luglio 2011 questa regione è stata estesa tra 156 e 177 GeV.

Nel 2010, inoltre, l’LHC ha cominciato a prendere dati e  i due esperimenti principali, Atlas e CMS, che hanno escluso zone ancora maggiori (55-190 GeV e 149-206 GeV). A dicembre 2011 si parla di nuovo di Higgs, quando Atlas e CMS annunciano un eccesso di eventi (non ancora una scoperta!) attorno ai 125 GeV, praticamente l’unica zona di energia ancora non esclusa. Da quella data a oggi è stata praticamente una corsa all’ultimo sangue, tra Atlas e CMS al CERN e D0 e CDF al Fermilab. La zona di possibile esistenza dell’Higgs si è ridotta sempre più, finché finalmente, il 4 Luglio 2012 Atlas e CMS hanno dato l’annuncio:

CMS “annuncia la scoperta di un bosone con massa di 125.3 ± 0.6 GeV/c2 entro 4.9 sigma” mentre la collaborazione di ATLAS ha annunciato che “osserviamo nei nostri dati i chiari segni dell’esistenza, a 5 sigma, di una nuova particella, nella regione di massa attorno a 126 GeV.”

Insomma, finalmente è inconfutabile che, tra i 125 e i 126 GeV c’è una nuova particella, un bosone, che a dire il vero ha tutta l’aria di essere il bosone di Higgs predetto dal Modello Standard. Certo, quest’ultima frase è la mia conclusione e i ricercatori di entrambi gli esperimenti si sono ben guardati dal trarre esplicitamente questa conclusione. Non è infatti ancora certo che sia esattamente il bosone di Higgs del Modello Standard. Per scoprirlo bisognerà studiare più approfonditamente le sue proprietà, i suoi decadimenti, e comprendere se non nasconde nulla di “esotico”. A dire il vero io, come penso molti altri fisici nel mondo, speriamo che qualche cosa di esotico venga fuori. Infatti la scoperta del bosone di Higgs è la chiave di volta del Modello Standard, ma lascia ancora molte domande sull’Universo a bocca asciutta. Come la mettiamo con la materia oscura, per esempio, con la violazione CP, con le oscillazioni dei neutrini…. insomma, i fisici non sono ancora pronti ad andare a casa, anzi, finalmente abbiamo concluso un capitolo importante della fisica delle particelle, e tutti sono ansiosi di cominciare il nuovo capitolo.

20 Commenti »

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  • # 1
    Rastafan
     scrive: 

    Aspettavo proprio un tuo articolo per capire che era successo di preciso :) Come sempre chiaro e apprezzabile, grazie!

  • # 2
    ReaToMe
     scrive: 

    Mai titolo di articolo fu più corretto.
    Eleonora hai mai pensato di insegnare etica giornalistica?

  • # 3
    Roberto
     scrive: 

    Grande Eleonora! ;)

  • # 4
    Viola
     scrive: 

    Da profana della materia in questione devo ringraziarti per l’articolo, davvero chiarificatore, anche se alcune parti mi rimangono per ovvi motivi oscure. E’ tra l’altro il primo articolo in cui leggo che la particella individuata “potrebbe” essere il famoso bosone di Higgs, dato che tutti i quotidiani ufficiali si sono affrettati a strillare alla scoperta della “particella di Dio” e altre facezie sensazionalistiche. Grazie per la scientifica freddezza! :)

  • # 5
    Alex
     scrive: 

    Articolo molto interessante e chiaro. Ti posso chiedere una informazione. Sarei interessato ad avere un riferimento dove si elencano tutti i gruppi di ricerca e le università che hanno partecipato a questo risultato.

  • # 6
    Andrea G.
     scrive: 

    Eleonora,
    Grazie per l’articolo serio ed equilibrato, e che i pennivendoli la finiscano con questo nomiglolo “particella di Dio” una buona volta, manco l’avessero trovata nei laboratori vaticani :-)!

    Una domanda, conosci per caso Fabiola Giannotti, che deve aver avuto un ruolo importante e che nessuno sui media si fila neanche un pò?

  • # 7
    Mario
     scrive: 

    Un gazie e tanti complimenti come sempre per la chiarezza dell’articolo. A coloro che si lamentano del come i media in generale abbiano trattato l’argomento va fatto notare che lo stesso Sergio Bertolucci, certamente non l’ultima ruota del carro, perché si tratta del direttore scientifico del Cern, nell’incontro avuto con il pubblico il 17 giugno, in occasione della manifestazione “Repubblica delle Idee” a Bologna, ha detto testualmente: “… la cosa che stiamo cercando ora è il famoso bosone di Higgs, ne avrete sentito parlare, la particella di Dio e tutte queste storie; ebbene vi posso dire che ormai in questa ricerca abbiamo ristretto la sua esistenza in talmente poco spazio, che entro quest’anno e probabilmente prima, già nell’estate di quest’anno … leggete i giornali e vedrete che alla fine questa ricerca che dura da cinquant’anni sta andando avanti …”
    Bertolucci era sorridente e gongolava e si capiva benissimo che stava anticipando qualcosa di molto concreto che conosceva molto bene.
    Per chi vuole sentire dal vivo le parole di Bertolucci c’è il video sulla home page di La Repubblica.
    A questo punto, che cosa avrebbe potuto e dovuto scrivere qualsiasi giornalista?
    Non va nemmeno dimenticato che già si parla di Nobel sicuro per il vecchio e simpaticissimo Higgs e allora?

  • # 8
    [D]
     scrive: 

    Giusto per non farsi prendere dall’eccitazione, questa volta il Bosone non è che corre su un TAV verso il gran sasso vero ? Strumenti e cavi sono stati collegati e testati nel verso giusto ?
    Non vorrei che tra quindici giorni si presentasse qualcuno che solo leggendo qualche dato e vedendo un paio di video sul tubo dovesse mangiarsi la foglia e smer.are tutti quanti com’è già successo qualche tempo fa.
    I comici si stanno stancando della satira politica ed un altro errore come quello dei neutrini eleggerà una nuova categoria di riferimento allo sfottò allegro

  • # 9
    Z80Fan
     scrive: 

    Caspita che rabbia quando sento chiamare il bosone di Higgs “la particella di Dio”… >:(

    Per fortuna poi arriva la nostra Eleonora che ci spiega bene come stanno i fatti, grazie!

    Secondo me la parte più bella della conferenza è stata quando Higgs si è messo a lacrimare dall’emozione… posso immaginare il suo stato dopo una scoperta del genere. :)

  • # 10
    banryu
     scrive: 

    @Z80Fan:

    Secondo me la parte più bella della conferenza è stata quando Higgs si è messo a lacrimare dall’emozione… posso immaginare il suo stato dopo una scoperta del genere. :)

    Non è la prima volta in cui capita di avere conferma sperimentale di una particella la cui esistenza già era stata postulata… ma per Higgs deve essere stata una grandissima soddisfazione, da un lato, e forse un po’ una liberazione, dall’altro :D

    Bentornata Eleonora!

  • # 11
    TwoMinds
     scrive: 

    @Alex e a tutti gli interessati: http://greybook.cern.ch/ per sapere enti e membri delle collaborationi di tutti gli esperimenti al CERN. Non so quanto sia aggiornato, consiglio di giungere ai siti ufficiali e verificare le liste dei membri

  • # 12
    Blobay
     scrive: 

    Vorrei fare una domanda per togliermi un dubbio creatomi in questo “marasma” di informazioni giornalistiche (a volte peggiori di quelle fuoriuscite durante l’osservazione dei neutrini superluminali).

    Molti articoli (la maggior parte) definiscono il bosone di Higgs come la particella che conferisce la massa a tutte le altre, cito testualmente: “Che cos’è la Particella di Dio?
    Il bosone di Higgs è la particella che (in teoria) conferisce la massa a tutte le altre particelle e, di conseguenza, a tutta la materia dell’Universo visibile… (Se volete posto il link alla rivista, ma non è il solo che ho letto/sentito sullo stesso tono).

    Da quello che ho compreso io in questa spiegazione, il bosone di Higgs in realtà conferisce massa solo ai bosoni e solo in particolari momenti. Cosa sarebbe altrimenti un gravitone?

    Cos’è: sono io che non ho capito qualcosa o sono loro che non hanno capito niente? E’ probabile la prima ipotesi, ma volevo una conferma in merito.

    Grazie a chi vorrà illuminarmi.

  • # 13
    [D]
     scrive: 

    Allora il punto è questo: te non avrai capito qualcosa (però ti poni il dubbio e questa è la cosa veramente importante) mentre sui giornalisti ed i media possiamo stendere un velo pietoso, del resto da tizi che non spiegano alla gente neanche le basi della borsa (hanno mai spiegato a cosa si riferiscono le percentuali che ogni giorno sentiamo scendere ?) non ci può aspettare molto più di una spiegazione della fisica paragonabile a topolino stregone con le scope.

    Personalmente l’unica cosa che penso di aver capito è che la possibilità di scoprire e mettere insieme i pezzi dell’universo è direttamente proporzionale alla capacità di energia che si è in grado di imbrigliare.
    Una volta esistevano acceleratori di particelle grossi come una stanza mentre adesso ne abbiamo uno grosso come un paese. E’ evidente che in qualche modo le dimensioni contano per poter fare certi tipi di ricerche.

  • # 14
    Massimo dlp
     scrive: 

    Da quello che ho capito io il bosone è solo il mediatore fra le particelle e il campo di higss che riempie lo spazio.
    Il movimento delle particelle nello spazio (tutto è in movimento) fa si che queste vengano ostacolate in qualche modo dal campo stesso,una sorta di resistenza che è tanto maggiore quanto maggiore è “dimensione” della particella.
    La resistenza incontrata dalla particella nel campo di Higss è trasportata o mediata dal bosone di higss,analogamente a come fa un fotone che invece media la forza elettromagnetica.
    Quindi la massa della particella sarebbe solo apparente,come quando si cerca di correre nel l’acqua al mare,si incontra resistenza e sembra che siamo piu’ pesanti di gambe,ma è solo il mezzo che oppone resistenza.

    Nella mia interpretazione vado oltre,non è che la gravità stessa sia dovuta al fatto che le particelle muovendosi nel campo di higss in qualche modo lo deformino e facciano si che le altre particelle limitrofi subiscano l’effetto di tale deformazione venendo trascinate a loro volta nella direzione in cui avviene tale deformazione di campo?

    Spero di non aver detto troppe castronerie…

  • # 15
    vasch the stampede
     scrive: 

    In effetti anche io mi ero fatto l’idea che il bosone di Higgs fosse il gravitone… Eleonora aspettiamo tue delucidazioni.

    A proposito della particella di dio:
    “Il Bosone di Higgs è noto al grande pubblico e ai media con la denominazione di “Particella di Dio”, derivante dal titolo del libro di fisica divulgativa di Leon Lederman “The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?”, pubblicato nel 1993. Tale titolo tuttavia derivò da una censura da parte dell’editore del soprannome di “Particella maledetta” (Goddamn particle), originalmente scelto dall’autore in riferimento alla difficoltà della sua individuazione. La successiva errata traduzione dall’inglese in “particella di Dio”, in luogo di “particella Dio”, ha aggiunto un’ulteriore storpiatura.

    Higgs, ateo, non condivide questo soprannome in quanto lo trova potenzialmente offensivo nei confronti delle persone di fede religiosa.

  • # 16
    Cipo
     scrive: 

    Ciao Eleonora, ho letto un po’ riguardo l’Higgs in questi giorni, mi ha incuriosito molto qualcosa che parlava di simmetria de -vuoto- rotta(o_O), è spiegabile hai comuni mortali? sempre che sia in topic, non che io mi sia perso nel mare di info che c’è su internet…

    altra cosa, possono in qualche modo il bosone di higgs e il gravitone avere qualcosa in comune visto che sono entrambi strettamente legati alla massa [l’uno nel piccolo e l’altro nel grande(?)] ?

    Ciao!

  • # 17
    Carlo
     scrive: 

    Adesso le avremo finalmente le auto volanti? manipoleremo la gravità? sarà possibile effettuare il teletrasporto? cosa cambierà nella vita di tutti i giorni dopo questa scoperta? io penso niente, servirà solo ad alimentare altre teorie bislacche e astratte senza nessuno sbocco pratico,solo teorico, pensassero invece a come sconfiggere finalmente il cancro invece dei bosoni di higgins, per i bosoni ci pensa magnum p.i.

  • # 18
    Blobay
     scrive: 

    @Carlo
    Il cancro si sconfigge anche con la radioterapia, la TAC e la risonanza magnetica. La corrente elettrica che manda queste macchine viene prodotta anche da centrali nucleari… su dai, per favore…
    Ma perché poi mi ostino a rispondere ai troll?

  • # 19
    Greg
     scrive: 

    @Eleonora

    Come sempre, complimenti e grazie per l’articolo!
    Vorrei rivolgerti una domanda: cosa implica il fatto che questo nuovo bosone sia stati trovato a quell’esatta quantità di energia? E questo vale anche per tutte le altre particelle elementari: il fatto che abbiamo quella determinata energia, implica qualcosa? Cosa accadrebbe o ci si aspetterebbe se invece avessero energia differente?

  • # 20
    CodeVisio
     scrive: 

    data la pertinenza mi premeva segnalarvi questo link.

    http://silviabencivelli.it/2012/il-bosone-e-la-spending-review-non-ci-si-annoia-mai-con-la-scienza-italiana/

    Grazie Eleonora.

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