A caccia del bosone di Higgs

Vogliamo provarci? Si parla tanto della particella di Dio, del bosone di Higgs, della particella che manca ancora all’appello, ma che deve esistere se vogliamo dare senso alle teorie più sofisticate della fisica della materia. Si stanno facendo scontrare particelle sempre più veloci ed energetiche per crearlo in laboratorio, ma ancora niente… Sì, va bene, ma che cosa è, e perché è così importante? Cerchiamo di descriverlo, rimanendo, però, con i piedi per terra senza abbandonare la “semplicità”.

Non molto tempo fa si pensava che le particelle più piccole della materia fossero gli atomi. Poi si è scoperto che anch’essi erano formati da particelle ancora più elusive: i protoni (positivi), gli elettroni (negativi) e i neutroni (neutri). Questa visione non è durata molto. Oggi sappiamo che esistono particelle ancora più piccole che si uniscono insieme come in un microscopico “Lego” per formare tutta la materia. Non solo, esse mantengono contatti fra di loro e si mandano segnali di riconoscimento, recapitati da altre particelle che svolgono il lavoro di “postino”. Questi postini sono in grado di fare viaggiare le forze fondamentali: il fotone quella elettromagnetica, il gluone la forza forte, quella che tiene uniti i nuclei atomici, le particelle W e Z trasportano la forza debole, quella che crea la radioattività, i gravitoni (che ancora non abbiamo individuato) la forza di gravità. Un bel gioco di scambi di cortesia, di altruismo e di collaborazione. Sembrerebbe che tutto sia perfetto e che i modelli teorici siano soddisfatti dagli esperimenti che si svolgono nei giganteschi acceleratori di particelle.

Particelle elementari

Purtroppo non va tutto bene, anzi… Le equazioni sono confermate, le ipotesi verificate, ma resta un grosso problema: affinché tutto torni perfettamente, le particelle che abbiamo descritto prima NON dovrebbero avere massa. Ma se loro non avessero massa non ce l’avrebbero nemmeno gli atomi, le molecole, gli esseri umani, i pianeti, le stelle, ecc. Questo è proprio un controsenso. Purtroppo non c’è niente da fare. Le equazioni funzionano perfettamente solo con massa uguale a zero.

Cosa è meglio fare per risolvere questo dilemma terribile? Dire che tutto il modello che si è creato finora è carta straccia e con lui tutte le equazioni e le teorie, spesso e volentieri confortate dalle osservazioni? Sarebbe veramente un’assurdità e uno smacco terribile. Seguire l’esempio del grande Gino Bartali: “Gli è tutto sbagliato, gli è tutto da rifare”? No, impossibile che la Natura ci abbia preso in giro così duramente e che noi abbiamo creato un castello di carte e niente più.

Esiste, però, un’alternativa a questa sconfitta senza onore: ammettere che le particelle NON abbiano massa e che questa venga acquisita interagendo con l’esterno. Peter Higgs sollevò questa soluzione negli anni ’60 e costruì una teoria che sembrava anche avere una logica estremamente stimolante. Egli prospettò la seguente descrizione: “Va bene, le particelle non hanno massa propria. Che male c’è? Possono sempre recuperarla per … strada. Come? Basta ipotizzare che l’Universo sia permeato da un $campo$ che esista ovunque, come una specie di olio cosmico, che le particelle devono attraversare. Un po’ come cadere nell’atmosfera oleosa e densa di Venere. Le particelle verrebbero frenate a seconda delle loro caratteristiche. Qualcuna di più, altre di meno. Questo freno, una specie di attrito, stabilisce la “massa” della particella. Più vengono rallentate, più massa hanno. O qualcosa del genere, insomma (non prendete ovviamente per oro colato le singole parole, ma solo il concetto generale…).

Mica male, eh? In questo modo le equazioni sono perfettamente rispettate. Si può tirare un sospiro di sollievo. Sì, sì, tutto bene. Tuttavia, Peter Higgs era un grande scienziato, ma credere ciecamente alle sue ipotesi è un po’ esagerato. Ci vogliono delle prove. Già, ma come trovarle?

Higgs continuò nei suoi calcoli e si convinse (e convinse anche molti altri) che, sebbene non si riuscisse a osservare il $campo$ frenante, quella specie di olio cosmico che determina la massa, ogni tanto deve creare dei “grumi”. In altre parole, lo stesso olio si dovrebbe condensare e formare particelle del tutto particolari, i bosoni di Higgs, appunto.
Non è facile crearli in laboratorio, sempre che esistano e che Higgs abbia ragione, perché l’energia necessaria non può essere ne poca né troppa. Al CERN sembra che si sia vicini al raggiungimento delle condizioni ideali per vederlo formare. Ogni tanto arrivano notizie da altri acceleratori che sembrano dare speranza. Che dire ragazzi…Incrociamo i diti!!

Ah… non cominciate a dirmi che sono stato troppo coinciso e poco preciso. Lo so, lo so… Cerchiamo di accontentarci !

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40 Commenti

  1. Penso che questa spiegazione sia perfetta, arriva bene ovunque, non solo a chi già sa. E poi chi già sa non ha bisogno di sapere cose già sapute, quindi spiegazione ottima!! 😉

    Ok, adesso spiegami il mio commento. 😉

    A parte gli scherzi, ottima spiegazione, davvero grazie. 😉

  2. Enzo, che dire…. Sono stufissimo di farti i complimenti… Non riesco a trovare un modo nuovo!! 😆
    Vediamo un po’ che mi esce dal cappello….
    Dunque, se le particelle acquistano massa nel campo di Higgs, vuol dire che questo campo rappresenta l’energia del cosmo…. C’è una bella somiglianza con la famosa energia oscura, non trovate? 🙄
    E se a ogni particella corrispondesse una dimensione o una proprietà dello spazio? O, meglio ancora, se a ogni particella corrispondesse un particolare tipo di vibrazione di una stringa? 😯
    E che accade alla materia, quando lo spazio si avvolge attorno a un buco nero? 😕
    Oddio…. Comincia a girarmi la testa…. Mi sa che mi sono lanciato troppo… :mrgreen:

  3. Sono daccordo: spiegazione semplice ma efficace. E ora vediamo cosa ci dirà LHC: siamo all’alba di eccitanti scoperte, o almeno si spera…

  4. Grande Enzo! Anche con questo articolo sei riuscito a spiegare con chiarezza un argomento di per se molto complicato…

    PS Ma questo “olio” ricorda solo a me il famoso etere? Vuoi vedere che ci avevano azzeccato, anche se l’approccio era dovuto ad altri motivi… :mrgreen:

  5. Spiegazione semplice ed ineccepibile caro Enzo, vuoi vedere che hanno ragione Luca ed Andrea: a volte ritornano ! Le spiegazioni dei primi scienziati-filosofi erano molto vicino alla realtà, in modo semplice ed involontario avevano già chiaro molte cose pur non sapendole veramente spiegare.
    Red, preparatissimo, ci stà lanciando nel futuro: unifica la Teoria delle stringhe con la Teoria diciamo standard. Forse è vero i buchi neri potrebbero darci alcune soluzioni ma come fare senza essere …risucchiati. Oddio sto’ delirando anche io… sto’ entrando nel vortice…a presto, spero,…Higgs…Higgs…Higgs…Higg…Hi…H…….

  6. Grazie per il chiarissimo articolo, mi mancava per staccarmi dalla perfetta costruzione “planetaria” dell’atomo!
    Chiederei solo una precisazione per avere la certezza di essere sulla strada giusta. I quark esistenti in natura (al di fuori degli accelleratori) sono solo gli up e i down?

  7. hanno fatto un documentario sul bosone giusto giusto 2 settimane fa..c’erano gli scettici che l’acceleratore in svizzera avrebbe scatenato la formazione di buchi neri….
    cmq chi ha parlato nel documentario è stato il prof brian fox

  8. grazie ragazzi….
    come al solito Red si è avvicinato al passo successivo, anche se le stringhe aprono ancora nuovi orizzonti. Dire che qualcosa esiste in natura o in laboratorio non è esatto. Meglio dire che con i laboratori si cerca di simulare ciò che in natura è avvenuto o avviene in condizioni estremamente particolari. Infine sono d’accordo che gli antichi intuivano molto…. l’etere forse aveva un altro significato, ma oggi potremmo benissimo ricondurlo al campo di Higgs, e non solo… Sulla materia oscura e sull’energia oscura che dire? In realtà anche loro sono forme di energia e materia che interagirebbe con quelle conosciute, sempre che esistessero. Forse si, e allora le particelle aumenterebbero ancora e ancora… Forse il nostro angolo di visuale è ancora troppo limitato. Perchè non dire che la teoria delle stringhe sta a quella della relatività come quest’ultima sta a quella di Newton. Modi imperfetti di avvicinarci alla realta. ma perfetti fino a che ci si limita a dimensioni limitate. Accidenti anch’io sto andando in “tilt”…. 😯 Comunque….che meraviglia la natura e i suoi continui dilemmi!

  9. da grande mi piacerebbe fare l’astronomo ………..e soprattutto chissaà qnd avrò 22 anni ke scoperte si saranno fatte…??? ora ho 14 anni e di stada ne ho molta!!! 😀

  10. Ciao a tutti!
    Mi chiamo Stefano …un inesperto curioso affascinato dall’astronomia e dalle grandi scoperte fisiche.
    Di recente mi sono avvicinato a questo sito: le notizie in primo piano sono molto interessanti!
    In particolare questa “A caccia del bosone di Higgs” spiegata in modo molto chiaro, mi ricorda quanto siamo “piccoli” e “giovani” scopritori rispetto ad universo infinito in entrambi i sensi: microscopico e macroscopico. Un universo talmente complicato che spiegarlo tutto tramite la nostra esperienza tridimesionale è forse impossibile, ma che magari potrebbe essere molto più semplice e logico.
    Dato che l’avete nominata, con parole altrettanto chiare mi piacerebbe leggere un altro articolo sulla Teoria delle Stringhe per saperne di più.
    Grazie di tutto!!

  11. Profe, megaspiegazione come sempre, anche un zuccone come me ha compreso sufficentemente la faccenda, alquanto contorta 😕 massa, non massa…ammazz! (a proposito Prof, l’ho beccato in castagna: incrociamo I DITI !?? ..o le dita? :mrgreen: :mrgreen: :mrgreen:) …adesso non mi picchi, però…

  12. Da abbastanza vecchio frequentatore di questo sito mi fa’ piacere dare il benvenuto ad un nuovo amico di penna, ops tastiera, Stefano.
    Spero che continuerai a scrivere ed interessarsi a questa bellissima scienza.
    Nuove voci, nuove idee, nuovi umori con cui confrontarsi.
    Perdonami Enzo, mi è venuto spontaneo, ma non voglio certo sostituirmi a te, a Pierluigi, Gabriella e gli altri, e nemmeno al grande e bravissimo “capo” di questo meraviglioso sito. A presto.

  13. caro Moreno….
    tu forse sei troppo giovane e non ti ricordi i primi film di Fantozzi (alias Paolo Viallggio). Una delle sue frasi tipiche era proprio: “mi si intrecciano i diti!!!”. Questa volta era un errore voluto e cercato… Molti altri invece non lo sono, ovviamente… :mrgreen:
    Mi associo a Mario per dare il benvenuto a Stefano!!! 🙂

  14. enzo
    ma alla fine quanti astrofili siamo qui sul sito o non si può dire? tanto nessuno va a controllare eheh :mrgreen:
    puoi dire la cifra che vuoi :mrgreen:
    ehi tanto mysql non mente :mrgreen:

  15. caro tommy una bella ricerca sul sito più bello del mondo (questo :mrgreen: )
    e la tua curiosità sarà soddisfatta

  16. @Tommi …vedo che non sono l’unica “troppo giovane” a seguire il sito 😆 sono contenta che ci sia qualcuno come me!
    Comunque ottimo articolo…ne avevo sentito parlare!Sento che siamo vicini a nuove scoperte! 😀
    P.S. spero anche io ,un giorno, di diventare brava come Red :mrgreen:

  17. @Elis: 😳 Ti ringrazio, ma mi sopravvaluti di parecchio. Io sono solo un modesto appassionato. Quelli veramente bravi sono come Enzo, che riescono da equazioni matematiche complicatissime ad estrarre schemi comprensibili come quelli che vedi. (Avendolo conosciuto, anche se solo per pochi minuti, posso aggiungere che oltre ad essere uno scienziato di valore, è anche una persona che si è mantenuta semplice e cordiale. E’ grande anche nello spirito. 😎 )
    Eppoi, perché ti vuoi limitare: tu devi diventare migliore di me!!! E anche di Enzo!!! (SE ci riesci…. :mrgreen: )

  18. ciao elis
    non è una questione di migliorare…il farsi una cultura è una qualità che pochi hanno ormai (parlo del mio circondario ma se le premesse sono quelle che vedo ahimè)
    io studio biologia ma forse ho sbagliato…avrei dovuto seguire il cuore fin dall’inizio…prendere astronomia….cmq il mio consiglio leggere leggere leggere articoli news e sopratutto libri…
    avercene tipi come red nella mia zona, cosi potrebbe apportare un pò di cultura in questa valle di lacrime

  19. ciao red ho postato un commento al tuo primo articolo….perchè non usi wordpress per il tuo blog? ha molte potenzialità…ti scegli un tema e pubblichi a manetta :mrgreen:
    ti dico solo una cosa il sito più bello del mondo (questo) usa wordpress

  20. Ciao Peppe! Grazie per il tuo commento e per i tuoi complimenti (assolutamente immeritati) 😳 .
    Ho cominciato a usare blogger perché ho seguito il link di Pikadilly, e dopo averlo letto, mi è venuto il ticchio di farne uno (grazie, Pika!!).
    Ti invito a leggerla, se non lo fai già, è molto divertente e intelligente…
    Darò un’occhiata a wordpress, ma per adesso mi va bene anche bolgger. Se la cosa cresce, chissà…..
    Sto postando solo riflessioni “pesanti”, ma nemmeno io so come andrà a finire….
    In questo momento sto preparando qualcosa su armonia e caos.
    Biologo, eh? Poraccio…. Ne ho tolta una dal laboratorio, e me la sono portata a casa…. Era come un cagnolino bagnato… :mrgreen:

  21. biologo nutrizionista per la precisione…eh tempi duri caro red aprirò una paninoteca

  22. Grazie per i vostri consigli! Ovviamente,stimo moltissimo Enzo…e lo ringrazio di cuore per tutto quello che mi ha insegnato con i suoi articoli 😀
    L’astronomia è sempre stata la mia passione.Qualche hanno fa mia mamma mi ha raccontato il momento in cui ho scoperto l’astronomia :mrgreen: :
    avevo 4 anni e stavo giocando sul tappeto.Alla televisione c’era un documentario sull’astronomia e allora io mi sono seduta sul divano e ho iniziato a guardarlo.Da lì ho scoperto la mia passione,la mia ragione di vita.Spero di riuscire a realizzare il mio sogno : diventare un’astrofisica e scoprire il più possibile sui misteri dell’universo.Ora sto trattando l’argomento dell’universo anche a scuola (sono in Terza media,ne ho di strada da fare! 😆 ).Nella verifica ho preso soltanto 9.Ho scritto molte cose che non ho spiegato perchè ritenevo implicite e questo mi ha fregato.La cosa che mi consola è che non ho neanche aperto il libro di scuola.Sapevo già tutto dai vostri articoli 😎
    Bene.Sono andata un pò O.T. ma ci tenevo a raccontarvi la mia storia.Cieli sereni a tutti! 😀

  23. Che bello avere dei ragazzi in gamba come Elis e Tommi, ti fa’ sentire felice, grazie di cuore.

  24. @gaetano: Giusto, quello che scrivi. Normalmente i quark Charm e Top decadono spontaneamente a un quark Up, mentre i Bottom e Strange decadono in un quark Down. I quark che decadono di solito sono figli di collisioni tra particelle ad elevata energia. Come vedi dallo schema, confermano la simmetria tra le particelle….

  25. @Red,
    Grazie, complimenti per il tuo ingresso in “Astronomia”.
    Un piccolo dubbio: perchè le collisioni a velocità prossima a “C” dovrebbero ricreare una situazione paragonabile al “dopo B.B.”? La situazione di partenza non sembra avere molte analogie…

  26. @gaetano: Grazie per i complimenti. 😳
    Mi verrebbe da citare Groucho Marx: “Non vorrei mai far parte di un club che accetti fra i suoi membri un tipo come me.”… :mrgreen: 😆
    In effetti, dire che nell’LHC si ricrea il big bang è un’esagerazione giornalistica.
    Tuttavia, nell’LHC si accelerano a velocità molto vicine a quelle della luce delle particelle via via sempre più grandi (si è arrivati addirittura ad accelerare atomi di piombo! 😯 ).
    Queste particelle, una volta raggiunta la velocità massima, vengono fatte scontrare tra di loro e, localmente e temporaneamente, si raggiungono densità di energia paragonabili a quelle raggiunte nei primi istanti dopo il BB.
    A quei livelli di energia, la materia si “sgretola” fino a quark e gluoni (e, magari, anche oltre 😕 ), ricreando (localmente e temporaneamente) situazioni simili a quelle del dopo BB.
    Come vedi, è la situazione finale che conta, non quella di partenza….

  27. @Red,
    tutto molto chiaro. Si ricreano situazioni molto simili per l’energia in gioco e per la temperatura ma rimane esclusa la pressione… il mio dubbio è che queste particelle potrebbero essere “altro” rispetto a quelle in gioco nel Big Bang…

  28. @gaetano: Secondo me, anche la pressione si eleva parecchio negli scontri (almeno, come dicevo, localmente e temporaneamente :mrgreen: ).
    Anche se le particelle risultanti sono altro rispetto a quelle del BB, sono sempre qualcosa che non abbiamo l’occasione di vedere spesso, e men che meno di studiare. Direi che ci svelano aspetti della natura sicuramente a noi ignoti.
    Comunque un passo avanti, non credi?

  29. Certamente! Non vorrei mai passare per un oscurantista… Temo solo che forse si potevano utilizzare meglio le risorse impiegate per LHC, anche gli Usa stanno cambiando strada. :mrgreen: :mrgreen:

  30. @gaetano: Grazie per la segnalazione. Davvero molto interessante!!! 😎
    Se ho capito bene, visto che ci sono problemi a distinguere il decadimento del bosone di Higgs in coppie di quark – anti quark bottom o in coppie di tau – anti tau, si è scelto di cercare il decadimento in due fotoni, meno probabile ma più facile da rilevare. Il problema è distinguere i due fotoni dagli altri che si producono. L’unico modo sta nel rilevare un lieve eccesso di emissioni nella zona intorno ai 120 Gev (che è l’energia attesa del bosone di Higgs).
    E’ il classico ago nel pagliaio…. Comunque per adesso, nulla di conclusivo.
    E, in effetti, viste le difficoltà, serve un’enorme mole di dati per eliminare gli errori. Ci vuole tempo….

  31. Scusate l’intrusione, però del bosone di Higgs ancora nulla. E’ vero che non stiamo raccogliendo mele e ci vuole tempo e pazienza (per carità!) però mi sento sempre più convinto che la fisica quantistica non è ancora compresa e i modelli atomici che usiamo sono vecchi e malandati. Non che io sia in grado di proporne di nuovi (lo so, sono solo un critico scocciatore) però due premesse fondamentali della fisica post-moderna sono, ad esempio, x) niente può comunicare a una velocità maggiore di c e y) anticorrelazione al 100% degli stati di spin di particelle in stato entangled (in poche parole una misurazione a milano mi da ISTANTANEAMENTE un cambiamento a Roma).
    La fisica moderna è piena di falle e controsensi, però “funziona”. Io credo che quando un giorno (se mai) saremo in grado di capire il senso della mec quant allora una nuova rivoluzione culturale è servita.
    Spero di non avervi annoiato!
    Buon proseguimento

  32. Eh, Mauretto, lo sveapo che saresti venuto a sbirciare! Hai tutti i motivi per avere un moto di orgoglio!Bacioni al mio matematico preferito!