fonte: CERN

La scorsa settimana la notizia che al Large Hadron Collider del CERN di Ginevra siano riusciti a individuare le prime prove sperimentali dell’esistenza del bosone di Higgs è riecheggiata un po’ ovunque sulle prime pagine dei quotidiani e quando la fisica delle alte energie gode della stessa copertura mediatica di uno starnuto di Lady Gaga allora diviene opportuno spendere due parole sull’argomento (e parlo della fisica, non di Lady Gaga).

Proprio come una star che diserta una festa alla moda, il nostro bosone ha fatto parlare lungamente di sé in tutti questi anni per via della sua natura sfuggente, al punto da essere (impropriamente) ribattezzato da alcuni ‘la particella di Dio’, responsabile dell’universo come lo conosciamo, eppure invisibile.

Ma cos’è il bosone di Higgs?

Invece di rispondervi con pagine di equazioni che non sono alla vostra (ma soprattutto alla mia) portata, vi farò un sunto delle risposte che scelse William Waldegrave, ministro per la scienza del Regno Unito quando chiese alla comunità scientifica internazionale di spiegare in una pagina cosa fosse il bosone di Higgs e perché fosse opportuno cercarlo (spendendo vagonate di soldi pubblici).

Prima di arrivare al bosone di Higgs è opportuno spendere due parole (magari quattro) su tutto il resto. E per tutto il resto, parlo di tutto ciò che possiamo osservare nell’universo.

Nonostante l’infinita varietà dell’universo, a scala submicroscopica la materia è in buona approssimazione tutta riconducibile a combinazioni di tre semplici componenti: i quark Up e Down che si organizzano in protoni e neutroni nel nucleo atomico e gli elettroni che ruotano attorno al nucleo stesso. Vista questa semplicità costitutiva di base i fisici hanno cercato di determinare se ci fossero delle proprietà comuni capaci di definire il comportamento fondamentale della materia. Ad oggi, sappiamo che la materia ha tre caratteristiche e queste caratteristiche definiscono tre tipi di interazioni differenti.

-Le particelle possono possedere una carica elettrica: gli elettroni hanno un valore di carica pari a -1, il quark up ha carica +2/3 e quello down -1/3.

-I quark, indipendentemente dal loro stato Up o Down (definito sapore) posseggono anche una carica di colore: ed ogni tripletta di quark che forma un protone o un neutrone ha sempre un quark rosso, uno blu e uno verde che si scambiano continuamente le cariche tra loro.

-Le particelle, siano esse quark o elettroni posseggono una massa e particelle diverse hanno masse diverse.

L’idea alla base del Modello Standard è che indipendentemente dalla caratteristica presa in considerazione le particelle interagiscano tra loro secondo un meccanismo comune ovvero che queste diverse interazioni siano mediate da altre particelle che fanno da messaggeri e che sono bosoni mediatori di forza.

-Le modalità con cui cariche elettriche si influenzano tra loro sono regolate dall’Interazione Elettrodebole:

Due cariche si attraggono o respingono perché cambiano i valori del campo elettromagnetico nello spazio e tale perturbazione si propaga indefinitamente alla velocità della luce sotto forma di onde elettromagnetiche. Quindi il bosone mediatore di forza dell’interazione elettromagnetica è il fotone. Parente povera dell’interazione elettromagnetica è l’interazione che governa il cambiamento di carica (ovvero il passaggio da neutrone a protone per esempio). Tale interazione è mediata dai bosoni W+, W- e Z che diversamente dai fotoni sono massivi, poco mobili e pure instabili, quindi il trasferimento di carica si propaga poco prima che i bosoni W e Z decadano, per questo si parla di interazione ‘debole’.

-L’interazione tra i quark è invece regolata dalla Forza Forte che è responsabile di come vengano scambiate le cariche di colore tra i quark ed è mediata da bosoni chiamati gluoni. Caratteristica peculiare della forza forte è di aumentare con la distanza, per cui di fatto è impossibile separare i quark tra loro.

Forte eh?
(ehm)

E per la massa?
Curiosamente la massa è la prima caratteristica della materia ad essere stata analizzata in maniera quantitativa (in termini di peso con l’uso delle bilance e poi in termini astratti con il principio di inerzia e la legge di gravitazione universale), ma la comprensione del perché le particelle abbiano una massa, perché le masse delle particelle siano diverse e come si esplichino le interazioni dovute a questa caratteristica è stato tutt’altro che semplice.
Negli anni sessanta il fisico scozzese Peter Higgs propose un’elegante soluzione rispolverano in un certo senso le idee relative all’Etere ed al Flusso calorico dell’antichità.
Facendo un’analogia col campo elettromagnetico, propose che esistesse un altro tipo di campo a permeare tutto lo spazio, detto campo di Higgs. A differenza del campo elettromagnetico il cui valore in ogni punto è nullo se non ci passa un fotone a perturbarlo, il campo di Higgs in ogni punto ha un valore ‘a riposo’ che però non è zero.

Ma tutto ciò come conferisce la massa alle altre particelle?
Questo dovrebbe succedere secondo il meccanismo di Higgs.

Immaginatevi la principale sala conferenze del CERN di Ginevra piena di giornalisti della stampa specializzata. I nostri giornalisti stanno aspettando il direttore del CERN che deve rilasciare un’importante dichiarazione, ma nel frattempo, siccome il direttore è in ritardo, i giornalisti chiacchierano tra loro discutendo coi vicini più prossimi ed occupando in modo sostanzialmente omogeneo tutto lo spazio della sala.
Ora immaginatevi che il direttore entri nella sala: i giornalisti più vicini all’ingresso si avvicineranno per porgli delle domande, se il direttore preoccupato per il ritardo volesse proseguire rapidamente verso il palco per iniziare la conferenza, la ‘nuvola’ di giornalisti assecondandolo nel suo moto gli darebbe una grande massa (di fatto impedendo ad un singolo giornalista di piazzarglisi davanti bloccandolo con una domanda impertinente).
Se al contrario il direttore volesse fermarsi sull’ingresso e scusarsi per il ritardo, la nuvola di giornalisti gli renderebbe poi più difficile ripartire (non basterebbe l’educazione di un singolo giornalista che cede il passo, perché tutti dovrebbero muoversi in modo da lasciar passare il direttore e senza ostacolarsi a vicenda).
Questo meccanismo spiega il principio di inerzia ovvero la tendenza di un corpo a mantenere il proprio stato di moto o di quiete in proporzione alla propria massa.
E’ opportuno sottolineare che nel nostro esempio non è il direttore ad essere il bosone di Higgs, e non lo sono nemmeno i giornalisti: i giornalisti si comportano come il campo di Higgs.
L’esempio vale anche se nella sala non entra il direttore, ma un suo portavoce che dice qualcosa al primo giornalista e poi se ne va.
Gli altri giornalisti si avvicineranno per sapere cosa è successo e ottenuti i dettagli dovranno informare i colleghi subito dietro di loro che per la distanza e il brusìo non sono riusciti a sentire.
In questo modo comunque l’informazione si diffonderà attraverso gruppetti di giornalisti e potrà diffondersi in tutte le direzioni oppure proseguire in linea retta verso il capo dell’organizzazione della stampa scientifica che attende da ore sul palco.
Ad ogni modo l’informazione si propagherà distorcendo la distribuzione uniforme dei giornalisti e, come nel primo caso la nuvola di giornalisti aveva conferito massa e inerzia al direttore, così succede per la notizia.
Una notizia semplice da spiegare avrà una massa minore perché ogni giornalista potrà riferirla rapidamente e tornare subito alle proprie faccende, gli altri giornalisti vedranno un rapido passaparola e non si faranno troppo sotto essendo fiduciosi che la notizia arriverà rapidamente alle loro orecchie.
Una notizia di difficile comprensione che richiedesse una lunga spiegazione tenderà ad avere una grande massa perché i giornalisti lontani vedranno un gruppo di colleghi discutere lungamente e potrebbero esserne incuriositi e avvicinarsi.
Se una notizia fosse particolarmente complicata potrebbe inoltre non essere ‘stabile’: i giornalisti che sopraggiungessero a metà spiegazione non riuscirebbero a riferire la notizia nei minimi dettagli a chi sta dietro di loro e la notizia si frammenterebbe in forme incomplete ma più facili da comunicare (come i bosoni W che si disintegrano in elettroni e neutrini che sono stabili).
Il bosone di Higgs, non è ciascuno dei singoli giornalisti, ma è la perturbazione della loro distribuzione uniforme, tale perturbazione conferisce massa (quindi inerzia) alle particelle e ne influenza la stabilità.
Siccome poi nella meccanica quantistica le variazioni di campo sono quantizzate e ad una perturbazione di campo è associata un energia quantizzata, questa energia equivale a una certa massa, per cui alla perturbazione del campo è associata una particella.
Quindi il bosone di Higgs è una particella definita dalla distorsione del campo di Higgs.

Spero di non avervi confuso troppo le idee.

E spero che ora seguirete con nuovi occhi l’eventuale conferenza stampa del CERN.

Parola di Zarathustra

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